JP2007250895A - Laser anneal device - Google Patents

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Atsushi Nakamura
篤史 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser anneal device that facilitates replacement of a laser tube. <P>SOLUTION: A laser oscillation device 13 is provided with a pair of resonant mirrors 17, 18 and the laser tube 14 formed by integrally mounting laser windows 15, 16. The device is adjustable in a yawing axis direction, an elevation angle direction, and a roll angle direction. It is possible to emit a linear excimer laser beam L having nearly uniform strength to an amorphous silicon film 2 on a glass substrate 4, in the same manner as a laser oscillation device 13 before replacement by the adjustment of a laser oscillation device 13 after replacement. The laser oscillation device is easily replaceable by eliminating adjustment of an array lens 12. It is possible to significantly reduce a working time required for replacement work. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a laser annealing apparatus that anneals an irradiated object by laser irradiation.

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)。
特開2002−134408号公報
Conventionally, as this type of laser annealing apparatus, a laser oscillator that oscillates a laser is provided, and after the laser oscillated from the laser oscillator is reflected by a reflecting plate and then incident on an optical system, the glass substrate is There is known a configuration in which a-Si thin film is irradiated and laser-annealed to form a p-Si thin film (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-134408 A

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。   However, in the laser annealing apparatus described above, due to variations in the manufacturing accuracy of the laser oscillator itself, even if this laser oscillator is replaced, the optical axis of the laser oscillator before replacement and the rotation direction of the laser oscillated from this laser oscillator are determined. It is not easy to return to the same. For this reason, it is necessary to guide the laser emitted from the laser oscillator to the optical system as much as possible to the same position as the laser oscillator before replacement by adjusting the angle of the reflector after replacing the laser oscillator. It is.

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。   Furthermore, since it is necessary to adjust the optical system itself in order to make the optical axis of the laser oscillator after replacement the same as the optical axis of the laser oscillator before replacement, it is not easy to replace the laser oscillator. Have a problem.

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。   The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a laser annealing apparatus in which the laser source can be easily replaced.

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。   The present invention includes a laser source, a pair of resonators that are provided upstream and downstream of an optical path of a laser oscillated from the laser source, and resonates the laser, and a pair of resonators that are oscillated from the laser source. An optical system that optically processes the laser resonated at irradiates and irradiates the irradiated body with annealing, and the laser source and the pair of resonators are integrated with the optical system in a yaw axis. It is configured to be adjustable in the direction and the elevation direction.

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。   According to the present invention, the laser source and the pair of resonators are configured to be adjustable in the yaw axis direction and the elevation angle direction integrally with the optical system, so that the laser source can be easily replaced.

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。   The configuration of an embodiment of the laser annealing apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS.

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。   1 and 2, reference numeral 1 denotes a laser annealing apparatus, and the laser annealing apparatus 1 is an ELA (Excimer Laser Anneal) apparatus. That is, the laser annealing apparatus 1 irradiates, for example, an amorphous silicon (a-Si) film 2 that is an amorphous semiconductor film with an excimer laser beam L as a semiconductor film that is an object to be irradiated. Is crystallized by laser annealing to form a polysilicon film (p-Si) as a polycrystalline semiconductor film. Here, the amorphous silicon film 2 is formed and laminated on a glass substrate 4 which is a substantially transparent rectangular flat plate-like insulating and translucent substrate.

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(SiN)および酸化シリコン(SiO)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。 At this time, the glass substrate 4 has a rectangular flat plate size of, for example, 550 mm × 650 mm. An undercoat layer (not shown) made of silicon nitride (SiN x ) and silicon oxide (SiO x ) is formed on the glass substrate 4 by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. . Further, an amorphous silicon film 2 is laminated on the undercoat layer. The amorphous silicon film 2 is formed by a plasma CVD method with a film thickness of, for example, 50 nm, and then, for example, 500 nm in a nitrogen atmosphere. After the heat treatment at 10 ° C. for 10 minutes, the hydrogen concentration in the amorphous silicon film 2 is lowered. For this reason, the amorphous silicon film 2 is formed with a film thickness of, for example, about 49.5 nm as measured by a spectroscopic ellipso method.

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。   Further, the amorphous silicon film 2 is laser annealed to form a polysilicon film and used as a semiconductor layer as an active layer of the thin film transistor. These thin film transistors are provided in a matrix on a glass substrate, and a plurality of pixels are provided on the glass substrate to form an array substrate. Further, a counter substrate is attached to face the array substrate, and a liquid crystal layer is interposed between the array substrate and the counter substrate to form a display device such as a liquid crystal display device.

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。   The laser annealing apparatus 1 includes a stage 11 on which the glass substrate 4 is conveyed as shown in FIG. The stage 11 is irradiated with an excimer laser beam L which is a pulsed laser beam using xenon chloride (Xe-Cl) or the like toward the amorphous silicon film 2 on the glass substrate 4 placed on the stage 11. The amorphous silicon film 2 is crystallized into a polysilicon film.

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。   Further, an array lens 12 serving as an optical system and a laser oscillation device 13 serving as a base body for allowing the excimer laser beam L to enter the array lens 12 are attached to a position facing the stage 11. . Here, the array lens 12 is installed on the optical path of the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13. Further, a stage 11 is provided on the optical path of the excimer laser beam L optically processed by the array lens 12.

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(H)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。 Specifically, the laser oscillation device 13 includes a laser tube 14 as an elongated cylindrical laser source that oscillates an excimer laser beam L. For example, a mixed gas of 5% by mass hydrochloric acid gas (HCl), 1% by mass hydrogen gas (H 2 ), and 94% by mass neon gas (Ne) is injected into the laser tube 14 by about 60 mbar. (Xe) is injected at about 50 mbar, and neon gas (Ne) is injected at about 3600 mbar.

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。   A pair of laser windows 15 and 16 serving as disk-shaped transmitting portions that transmit the excimer laser beam L oscillated from the laser tube 14 are attached to both ends of the laser tube 14 in the axial direction. The pair of laser windows 15 and 16 are integrally attached to the laser tube 14 in a state where the optical axes of the pair of laser windows 15 and 16 coincide with the optical axis of the laser tube 14.

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。   Further, a pair of resonance mirrors 17 as a resonator for resonating the excimer laser beam L oscillated from the laser tube 14 is provided at both ends of the laser tube 14 outside the laser windows 15 and 16 in the axial direction. 18 is mounted for angle adjustment and position adjustment. That is, the resonance mirrors 17 and 18 are attached upstream and downstream of the optical path of the excimer laser beam L oscillated from the laser tube 14. The pair of resonant mirrors 17 and 18 are resonator mirrors attached at positions facing the laser windows 15 and 16, respectively. Further, the pair of resonant mirrors 17 and 18 is formed of a cylindrical base together with the pair of laser windows 15 and 16 in a state where the optical axes of the pair of resonant mirrors 17 and 18 are aligned with the optical axis of the laser tube 14. Contained in body 19.

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。   The base body 19 is attached to the array lens 12 so that the position thereof can be adjusted. That is, the base body 19 is attached so that the attachment position can be adjusted in each of the elevation angle direction, the yaw axis direction, and the roll angle direction.

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。   Further, at least the front end side which is one end side in the axial direction of the base body 19 is configured to be able to transmit an excimer laser beam L oscillated from the laser tube 14 and resonated by the pair of resonance mirrors 17 and 18. Accordingly, the base body 19, the pair of resonant mirrors 17 and 18, the pair of laser windows 15 and 16, and the laser tube 14 constitute a laser oscillation device 13. Therefore, the laser oscillation device 13 is configured to be adjustable with respect to the array lens 12 in the elevation angle direction, the yaw axis direction, and the roll angle direction.

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。   Then, the excimer laser beam L is reflected on the optical path of the excimer laser beam L oscillated through one resonance mirror 17 of the laser oscillation device 13 to change the optical path of the excimer laser beam L. A first mirror 21 as a reflector is attached. A second reflector serving as a reflector for reflecting the excimer laser beam L on the optical path of the excimer laser beam L reflected by the first mirror 21 and changing the optical path of the excimer laser beam L is used. A mirror 22 is attached.

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。   Further, on the optical path of the excimer laser beam L reflected by the second mirror 22, an array lens 12 having a short axis homogenizer and a long axis homogenizer (not shown) is installed. Here, the array lens 12 optically processes each of the short axis and the long axis of the excimer laser beam L oscillated from the laser tube 14 of the laser oscillation device 13 and resonated by the pair of resonance mirrors 17 and 18. It is an optical unit.

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。   On the optical path of the excimer laser beam L that is optically processed by the array lens 12 and passes through the array lens 12, an optical lens 23 that optically processes the excimer laser beam L is installed. . Further, the excimer laser beam L reflected on the optical path of the excimer laser beam L optically processed by the optical lens 23 is reflected to change the optical path of the excimer laser beam L as a third reflector. Mirror 24 is attached.

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/cm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。 On the optical path of the excimer laser beam L reflected by the third mirror 24, an optical lens 25 for optically processing the excimer laser beam L is installed. The optical lens 25 has an excimer laser beam L optically processed by the optical lens 25 toward the amorphous silicon film 2 on the glass substrate 4 placed on the stage 11. A linear beam having a width of 360 mm and a width of about 0.4 mm is irradiated at an energy density of about 350 mJ / cm 2 , and the amorphous silicon film 2 is laser annealed and attached to a position where a polysilicon film is formed.

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。   On the other hand, a beam splitter 31 is attached between the second mirror 22 and the array lens 12 for spectroscopically reflecting a part of the excimer laser beam L reflected by the second mirror 22. The beam splitter 31 is attached so as to be able to advance and retreat with respect to the optical path of the excimer laser beam L reflected by the second mirror 22. Further, on the optical path of the excimer laser beam L reflected by the beam splitter 31, a fourth mirror 32 is reflected as a reflector for reflecting the excimer laser beam L and changing the optical path of the excimer laser beam L. It is attached.

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。   On the optical path of the excimer laser beam L reflected by the fourth mirror 32, a CCD (charge-coupled device) camera 33 which is a photographing means for measuring the waveform of the excimer laser beam L is installed. Yes. This CCD camera 33 constitutes an alignment tool 34 as a measuring means together with the beam splitter 31 and the fourth mirror 32. That is, the alignment tool 34 shoots the optical path and waveform of the excimer laser beam L before being incident on the array lens 12 after being oscillated from the laser oscillation device 13 by the CCD camera 33, and an image of the excimer laser beam L is obtained. Is to capture.

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。   Therefore, the beam splitter 31 of the alignment tool 34 is installed at a position retracted from the optical path of the excimer laser beam L when the laser annealing apparatus 1 performs laser annealing on the amorphous silicon film 2 on the glass substrate 4. Further, the beam splitter 31 has the optical path of the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation apparatus 13 after the replacement and the waveform of the excimer laser beam L in a state where the laser oscillation apparatus 13 of the laser annealing apparatus 1 is replaced. When the Gaussian shape is measured, it is placed on the optical path of the excimer laser beam L.

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。   Further, as shown in FIG. 2, the laser annealing apparatus 1 is provided with a position measuring device 41 for measuring the position of the laser oscillation device 13 before and after replacement and making the position of the laser oscillation device 13 adjustable. Yes. The position measurement device 41 adjusts the optical axis of the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13 to measure the deviation before and after the replacement of the laser oscillation device 13. That is, the position measuring device 41 measures the position of the laser oscillation device 13 and adjusts the optical path of the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13.

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。   Specifically, the position measuring device 41 includes a diode laser 42 as laser oscillating means for oscillating a laser beam B as dummy light source light. That is, the diode laser 42 is a light source for irradiating the laser tube B with the laser beam B in order to measure the mounting position of the laser tube 14. On the optical path of the laser beam B oscillated from the diode laser 42, a first adjustment mirror 43 is attached as a reflector for reflecting the laser beam B and changing the optical path of the laser beam B. It has been.

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。   Further, a second adjustment as a reflector for reflecting the laser beam B on the optical path of the laser beam B reflected by the first adjustment mirror 43 and changing the optical path of the laser beam B is performed. A mirror 44 is attached. Here, the second adjustment mirror 44 has a resonance mirror 18 on the rear end side which is one of the laser oscillation devices 13 on the optical path of the laser beam B reflected by the second adjustment mirror 44. It is attached to be located. Further, a third adjustment mirror as a reflecting plate for reflecting the laser beam B transmitted through the front-end side resonance mirror 17 is disposed at a position facing the front-end side resonance mirror 17 which is the other side of the laser oscillation device 13. 45 is installed. Here, the third adjustment mirror 45 is an optical system that guides the laser beam B that has passed through the laser tube 14 to the laser tube 14 again.

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。   Next, the operation of the laser annealing apparatus of the above embodiment will be described.

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。   First, before exchanging the laser oscillation device 13 of the laser annealing device 1, the laser beam B is oscillated from the diode laser 42 of the position measuring device 41, and the mounting position of the laser oscillation device 13 before the exchange is measured.

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。   At this time, the laser beam B oscillated from the diode laser 42 is sequentially reflected by the first adjustment mirror 43 and the second adjustment mirror 44, the optical path is changed, and the third adjustment mirror 45 is changed. So that the light beam is sequentially reflected again by the second adjustment mirror 44 and the first adjustment mirror 43 to change the optical path and return to the vicinity of the emission position of the laser beam B of the diode laser 42. The angles of the first adjustment mirror 43, the second adjustment mirror 44, and the third adjustment mirror 45 are adjusted, and the first adjustment mirror 43, the second adjustment mirror 44, and the third adjustment mirror 45 are adjusted. The adjusted state of each of the adjustment mirrors 45 is fixed.

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。   Thereafter, the beam splitter 31 of the alignment tool 34 is moved and installed on the optical path of the excimer laser beam L. At this time, the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13 before replacement is oscillated from the laser oscillation device 13 and then reflected by the first mirror 21 and the second mirror 22, and then the alignment tool. A part of the light is reflected by the beam splitter 31 of 34 and the optical path is changed by the fourth mirror 32 before being measured by the CCD camera 33. At this time, the excimer laser beam L is a so-called Gaussian-shaped beam.

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。   In this state, the laser tube 14 to which the laser windows 15 and 16 are integrally attached is removed from the laser annealing apparatus 1, and the laser tube 14 is replaced. After the replacement, the laser beam B is rotated in the yaw axis direction so that the return position of the laser beam B oscillated from the diode laser 42 is adjusted to the same position as the return position of the laser oscillation device 13 before the replacement.

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。   Then, the position of the resonance mirrors 17 and 18 is changed so that the return position of the laser beam B oscillated from the diode laser 42 is the same as the return position of the laser oscillation device 13 before the exchange. And adjust the angle as needed.

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(H)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。 Thereafter, for example, 5% by mass of hydrochloric acid gas (HCl), 1% by mass of hydrogen gas (H 2 ), and 94% by mass of neon gas (Ne) are placed in the laser tube 14 of the laser oscillator 13 after the replacement. The mixed gas is injected at about 60 mbar, xenon gas (Xe) is injected at about 50 mbar, and neon gas (Ne) is further injected at about 3610 mbar.

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。   Next, an excimer laser beam L is oscillated from the laser oscillation device 13. At this time, the positions of the resonant mirrors 17 and 18 attached to the laser oscillation device 13 are adjusted as appropriate. At this time, when the position where the output is most output is adjusted, the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13 may rarely interfere, so that the resonance mirrors 17 and 18 can obtain the maximum output. It is desirable to set the position slightly shifted from the position.

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。   Further, the output of the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13 is, for example, 15.0 kV, and the frequency of the excimer laser beam L is, for example, 1 Hz. Adjustment is made so that the shape of the excimer laser beam L is substantially symmetrical.

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。   Thereafter, a part of the excimer laser beam L is reflected by the beam splitter 31 of the alignment tool 34 and is taken into the CCD camera 33. The shape of the excimer laser beam L measured by the CCD camera 33 is Compared with the shape of the excimer laser beam L before replacement, it is confirmed whether the position of the excimer laser beam L having a Gaussian distribution after the replacement is the same as the position of the excimer laser beam L before replacement.

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。   At this time, since the positions of the resonance mirrors 17 and 18 are adjusted with priority given to the output of the excimer laser beam L, the position of the excimer laser beam L measured by the CCD camera 33 of the alignment tool 34 is determined by the laser oscillation device. From the position of the excimer laser beam L before exchanging 13, for example, it was shifted in the vertical direction by about 10 mm upward.

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。   Therefore, the laser oscillation after the replacement is performed so that the position of the excimer laser beam L after the replacement measured by the CCD camera 33 of the alignment tool 34 is the same as the position of the excimer laser beam L before the replacement. The device 13 is adjusted in the elevation direction.

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/cm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。 Here, the excimer laser beam L before exchanging the laser oscillation device 13 is a linear beam having a length of, for example, 360 mm and a width of about 0.4 mm, and the energy density on the glass substrate 4 is about. Although it was set to be 350 mJ / cm 2 , it was substantially the same setting after replacement.

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。   In some cases, the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13 after replacement is shortened by about 50 mm at both ends, and the energy density at the central portion may be reduced by about 2%. .

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。   At this time, the reason why the length and energy density of the excimer laser beam L are reduced is that the excimer laser beam L oscillated from the laser oscillation device 13 is slightly rotated and reflected by the second mirror 22. It is conceivable that the excimer laser beam L when it is incident on the later array lens 12 has been rotated.

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。   Therefore, the laser oscillation device 13 is adjusted in the roll angle direction, and an excimer laser beam L of 1 Hz is oscillated from the laser oscillation device 13 to excite the amorphous silicon film 2 on the glass substrate 4. Repeat to check the strength.

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。   At the same time, the laser oscillator 13 is adjusted in the elevation direction. As a result, it is possible to obtain an excimer laser beam L having a linear shape and a substantially uniform intensity in about 8 hours without changing the array lens 12 as before the laser oscillation device 13 is replaced.

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。   Here, in the conventional laser annealing apparatus 1, it is necessary to adjust the array lens 12 as well as the positions and angles of the resonance mirrors 17 and 18. Therefore, as an operation for replacing the laser tube 14 of this laser annealing apparatus 1, About 50 hours were required.

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。   On the other hand, as in the above-described embodiment, the laser oscillation device 13 including the laser tube 14 to which the laser windows 15 and 16 are integrally attached and the pair of resonance mirrors 17 and 18 includes a yaw axis. Since it can be adjusted toward each of the direction of the direction, the elevation angle direction and the roll angle direction, by adjusting the laser oscillation device 13, as in the case of the laser oscillation device 13 before replacement, it is linear and the intensity is substantially uniform The excimer laser beam L can be irradiated onto the amorphous silicon film 2 on the glass substrate 4.

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。   Therefore, the replacement can be easily performed, and the adjustment of the array lens 12 and the like can be eliminated, so that the work time required for the replacement work can be greatly shortened.

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。   In particular, the mounting position is measured by the position measuring device 41 before exchanging the laser tube 14 and the resonance mirrors 17 and 18, and then the laser tube 14 and the resonance mirrors 17 and 18 are aligned based on the measurement position. High reproducibility can be secured easily. In addition, since the laser oscillation device 13 is adjusted in the elevation angle direction and the roll angle direction, the entire adjustment can be easily performed without requiring adjustment of the array lens 12. In particular, an alignment tool 34 is attached between the second mirror 22 and the array lens 12, and the shape of the excimer laser beam L incident on the array lens 12 is measured by the CCD camera 33. As a result, the shape of the excimer laser beam L before and after the replacement can be made easier by adjusting the mounting position of the laser oscillation device 13 while comparing the shape of the excimer laser beam L before and after the replacement measured by the CCD camera 33. Can be the same. Therefore, the replacement of the laser oscillation device 13 can be realized more accurately and with high reproducibility, and the work time required for the replacement of the laser oscillation device 13 can be further shortened.

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。   In addition, although the structure used as a semiconductor layer of a thin-film transistor after the amorphous silicon film 2 on the glass substrate 4 was laser-annealed to form a polysilicon film has been described, other switching elements such as thin-film diodes and electrical elements such as semiconductor elements are used. Even irradiated objects such as various semiconductor films that require laser annealing used in the element can be used correspondingly.

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。It is explanatory drawing which shows a part of one Embodiment of the laser annealing apparatus of this invention. 同上レーザアニール装置の一部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a part of laser annealing apparatus same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

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
1 Laser annealing equipment 2 Amorphous silicon film as irradiated body
12 Array lens as an optical system
14 Laser tube as laser source
17,18 Resonant mirror as a resonator
34 Alignment tools as measurement tools
42 Diode laser as light source
45 Third adjustment mirror as optical system L Excimer laser beam as laser

Claims (4)

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。
A laser source;
A pair of resonators that are provided upstream and downstream of an optical path of a laser oscillated from the laser source and resonate the laser;
An optical system that optically processes a laser oscillated from the laser source and resonated by the pair of resonators to irradiate the irradiated body and anneal the laser;
The laser annealing apparatus, wherein the laser source and the pair of resonators are configured to be adjustable in a yaw axis direction and an elevation angle direction integrally with the optical system.
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。
The laser annealing apparatus according to claim 1, further comprising measurement means for measuring a beam shape of a laser oscillated from a laser source and resonated by a pair of resonators.
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。
A light source for irradiating the laser source with light source light to measure the position of the laser source;
The laser annealing apparatus according to claim 1, further comprising: an optical system that guides the light source light that has passed through the laser source to the laser source again.
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。
The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein the laser source and the pair of resonators are configured to be integrally adjustable with respect to the optical system in a yaw axis direction, an elevation angle direction, and a roll angle direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106643570A (en) * 2016-12-30 2017-05-10 西安奇维科技有限公司 Measurement device and measurement method for roll angle of bullet body

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