JPH10333077A - ビームホモジナイザ及び半導体薄膜作製方法 - Google Patents
ビームホモジナイザ及び半導体薄膜作製方法Info
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- JPH10333077A JPH10333077A JP14679597A JP14679597A JPH10333077A JP H10333077 A JPH10333077 A JP H10333077A JP 14679597 A JP14679597 A JP 14679597A JP 14679597 A JP14679597 A JP 14679597A JP H10333077 A JPH10333077 A JP H10333077A
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Abstract
ナイザ、及びそれを用いた半導体薄膜の作製方法を提供
する。 【解決手段】 平行光線束が入射すると、入射した光線
束の光軸に垂直な断面内における光強度分布を均一に近
づけるホモジナイズ光学系を有する。ホモジナイズ光学
系の入射側に、光線束の角倍率を変換し、該光線束の光
軸を含む少なくとも1つの仮想平面内に関する角倍率が
1未満である角倍率変換光学系が配置される。
Description
度分布を制御するビームホモジナイザ、及びそれを用い
た半導体薄膜の製造方法に関する。
は、前段のシリンダアレイと後段のシリンダアレイ、及
びフォーカスレンズにより構成される。各シリンダアレ
イは、複数の等価な凸シリンドリカルレンズをその光軸
及び柱面の母線に垂直な方向に配列して構成される。前
段のシリンダアレイの各シリンドリカルレンズの光軸
が、後段のシリンダアレイの対応するシリンドリカルレ
ンズの光軸に一致するように配置される。本明細書にお
いて、シリンドリカルレンズの光軸とは、そのシリンド
リカルレンズの面対称な結像系の対称面に含まれ、かつ
柱面に直交する軸を意味するものとする。
光線束が入射すると、入射した光線束が各シリンドリカ
ルレンズにより収束される。収束された各光線束が、後
段のシリンダアレイの各シリンドリカルレンズにより再
度収束される。このようにして、2つのシリンダアレイ
により、入射光線束がシリンドリカルレンズの個数分の
小光線束に分割される。
イの相対位置によって、発散光、平行光、または収束光
になる。各小光線束をフォーカスレンズ群を用いてある
面上に重ね合わせることにより、照射領域の光強度分布
を均一に近づける(ホモジナイズする)ことができる。
れたパルスレーザビームをアモルファスシリコン膜に照
射し、多結晶化する技術が知られている。以下、この多
結晶化技術について説明する。
が用いられる。ホモジナイズ面内にXY直交座標系を考
えたとき、1対のシリンダアレイにより、ホモジナイズ
面内のX軸方向に関してホモジナイズし、他の1対のシ
リンダアレイによりY軸方向に関してホモジナイズす
る。各対のシリンダアレイの間隔を変化させることによ
り、ホモジナイズ面上の照射領域の大きさを変化させる
ことができる。
モジナイズ面上の照射領域がX軸方向に長い長尺ビーム
を形成する。この照射領域が、前回のパルス照射により
照射された領域と一部重なるように、アモルファスシリ
コン膜が形成された基板をY軸方向に移動させる。この
ようにして、広い範囲にレーザ光を照射し、アモルファ
スシリコン膜の所望の領域を多結晶化することができ
る。
膜上の照射領域は、例えば長さ200mm、幅0.5m
m程度の細長い領域である。この領域を、パルス毎に
0.05mmだけ幅方向に移動させる。シリコン膜表面
における照射領域の位置が所望の位置からずれると、前
記のパルス照射により照射された領域と今回の照射領域
との重なり量が変動し、品質の高い多結晶シリコン膜を
得ることが困難になる。
少ないビームホモジナイザ、及びそれを用いた半導体薄
膜の作製方法を提供することである。
と、平行光線束が入射すると、入射した光線束の光軸に
垂直な断面内における光強度分布を均一に近づけるホモ
ジナイズ光学系と、前記ホモジナイズ光学系の入射側に
配置され、光線束の角倍率を変換し、該光線束の光軸を
含む少なくとも1つの仮想平面内に関する角倍率が1未
満である角倍率変換光学系とを有するビームホモジナイ
ザが提供される。
光軸が基準の方向からずれた場合、出射する平行光線束
の光軸の基準の方向からのずれ角は、入射光線束のずれ
角よりも小さくなる。このため、ホモジナイズ光学系に
よるホモジナイズ面上の照射領域の位置ずれを少なくす
ることができる。
薄膜を有する処理対象物の表面が、上述のビームホモジ
ナイザのホモジナイズ面にほぼ一致するように該処理対
象物を配置する工程と、上述のビームホモジナイザによ
りホモジナイズされたレーザ光を、前記半導体薄膜に照
射して結晶性を変化させる工程とを有する半導体薄膜の
製造方法が提供される。
半導体薄膜に照射されるレーザ光の位置ずれが少なくな
り、安定したレーザ光照射が可能になる。
ームホモジナイザの断面図を示す。ビームホモジナイザ
に入射する光線束の光軸に平行な方向をz軸とするxy
z直交座標系を考える。図1(A)は、xz面に平行な
断面図、図1(B)は、yz面に平行な断面図を示す。
実施例によるビームホモジナイザは、角倍率変換光学系
AFとホモジナイズ光学系HNにより構成される。ホモ
ジナイズ光学系HNは、シリンダアレイ1A、1B、2
A、2B、収束レンズ3、及び相対位置調節機構5を含
んで構成される。
1A及び1Bの各々は、等価な7本のシリンドリカルレ
ンズにより構成される。各シリンドリカルレンズの光軸
はz軸に平行であり、柱面の母線はy軸に平行である。
ここで、シリンドリカルレンズの光軸とは、シリンドリ
カルレンズの面対称な結像系の対称面に含まれ、柱面に
垂直な軸のことを意味する。このように配置されたシリ
ンドリカルレンズが、コバ面同士を密着させてxy面に
平行な仮想平面に沿って配列している。シリンダアレイ
1Aは光の入射側(図の左方)に配置され、シリンダア
レイ1Bは出射側(図の右方)に配置されている。ま
た、シリンダアレイ1Aの各シリンドリカルレンズは、
シリンダアレイ1Bの対応するシリンドリカルレンズと
光軸を共有するように配置されている。
2A及び2Bの各々は、等価な7本のシリンドリカルレ
ンズにより構成される。各シリンドリカルレンズの光軸
はz軸に平行であり、柱面の母線はx軸に平行である。
このように配置されたシリンドリカルレンズが、コバ面
同士を密着させてxy面に平行な仮想平面に沿って配列
している。シリンダアレイ2Aはシリンダアレイ1Aの
入射側に配置され、シリンダアレイ2Bはシリンダアレ
イ1Aと1Bとの間に配置されている。また、シリンダ
アレイ2Aの各シリンドリカルレンズは、シリンダアレ
イ2Bの対応するシリンドリカルレンズと光軸を共有す
るように配置されている。
シリンダアレイ2Aと2Bとの間隔が、相対位置調節機
構5により所望の値に設定される。
ズ3が配置されている。収束レンズ3の光軸も、z軸に
平行である。
換光学系AFが配置されている。角倍率変換光学系AF
は、光線束の角倍率を変換する。その角倍率γは1未満
である。角倍率変換光学系AFの構成例については後述
する。
光線束の伝搬の様子を説明する。xz面内においては、
シリンダアレイ2A、2Bは単なる平板と等価であるた
め、光線束の収束、発散に影響を与えない。z軸に平行
な光軸を有する平行光線束10が角倍率変換光学系AF
に入射する。角倍率変換光学系AFは、角倍率を変換し
平行光線束11を出射する。入射光線束10は、例えば
中央部分で強く周辺部分で弱い光強度分布を有する。
束11がシリンダアレイ2Aを透過し、シリンダアレイ
1Aに入射する。入射光線束は、シリンダアレイ1Aに
より各シリンドリカルレンズに対応した7つの収束光線
束に分割される。図1(A)では、中央と両端の光線束
のみを代表して示している。シリンダアレイ1Aによっ
て収束された光線束は、シリンダアレイ1Bによりさら
に収束される。
の収束光線束12は、それぞれ収束レンズ3の前方で集
光する。この集光位置は、収束レンズ3の入射側焦点よ
りもレンズに近い。このため、収束レンズ3を透過した
7つの光線束はそれぞれ発散光線束となり、ホモジナイ
ズ面4上において重なる。
軸方向の光強度分布は、それぞれ光線束10の対応する
部分の光強度分布と相似の関係にある。光線束10の光
強度は、中心近傍において強く、周辺近傍において弱い
が、この光線束10を小光線束に分割し、各光線束を重
ね合わせることにより、照射領域の光強度分布を均一に
近づける(ホモジナイズする)ことができる。
光線束の伝搬の様子を説明する。入射光線束10が角倍
率変換光学系AFに入射する。角倍率変換光学系AF
は、角倍率を変換し平行光線束11を出射する。
射する。平行光線束11はシリンダアレイ2Aにより各
シリンドリカルレンズに対応した7つの収束光線束に分
割される。図1(B)では、中央と両端の光線束のみを
代表して示している。yz面内においては、シリンダア
レイ1A及び1Bは単なる平板と等価であるため、光線
束の収束、発散に影響を与えない。
集光し、発散光線束となってシリンダアレイ2Bに入射
する。シリンダアレイ2Bに入射した各光線束は、それ
ぞれ相互に等しいある出射角を持って出射し、収束レン
ズ3に入射する。
れ収束光線束となり、ホモジナイズ面4上において重な
る。ホモジナイズ面4を照射する7つの光線束のy軸方
向の光強度分布は、図1(A)の場合と同様に均一な分
布に近づく。収束レンズ3を透過した各光線束は収束光
線束であるため、ホモジナイズ面4上における照射領域
のy軸方向の長さは、x軸方向の長さよりも短くなる。
このため、ホモジナイズ面4上の光照射領域は、x軸方
向に長く、y軸方向に短い線状の形状を有することにな
る。
ち光照射領域の幅Wは、収束レンズ3の焦点距離を
fF 、シリンダアレイを構成するシリンドリカルレンズ
の合成焦点距離をfC 、シリンダアレイを構成する各シ
リンドリカルレンズのレンズ幅をdとして、W=(fF
/fC )dとなる。対応するシリンダアレイの間隔を調
節してシリンダアレイの合成焦点距離fC を変化させる
ことにより、光照射領域の幅を変化させることができ
る。
ジナイザの場合には、シリンダアレイ1Aと1Bとの間
隔を変えることにより、光照射領域の長軸方向の長さを
変化させ、シリンダアレイ2Aと2Bとの間隔を変える
ことにより、短軸方向の幅を変化させることができる。
図1(A)及び1(B)に示すビームホモジナイザを用
いることにより、y軸方向に長い軸状の領域を、ほぼ均
一に照射することができる。
の振動、レーザ発振器から角倍率変換光学系AFまでの
光学系の振動等により、平行光線束10の進行方向がz
軸からずれる場合がある。角倍率変換光学系AFの角倍
率は1未満であるため、角倍率変換光学系AFを透過し
た平行光線束11の進行方向とz軸とのずれ角は、平行
光線束10の進行方向とz軸とのずれ角よりも小さくな
る。
11の進行方向がz軸からずれると、ホモジナイズ面4
上の照射位置が基準位置からずれる。入射光線束10の
進行方向がz軸からずれても、角倍率変換光学系AFに
より光線束11のずれ角を小さくできる。このため、照
射位置のずれ量が少なくなり、照射領域の位置安定性を
高めることができる。
レンズ3の焦点距離を短くしても、照射領域の位置ずれ
を少なくすることができる。しかし、照射領域の長軸方
向の長さを変えることなく収束レンズ3の焦点距離を短
くしようとすると、照射領域の長軸方向(xz面内)に
関する画角が大きくなり好ましくない。また、ホモジナ
イズ光学系HNとホモジナイズ面4とを距離を短くする
必要があるため、装置の配置に関して制約が多くなる。
上記実施例のように、角倍率変換光学系AFを挿入する
ことにより、収束レンズ3の焦点距離を短くすることな
く、照射領域の位置安定性を高めることができる。
ムホモジナイザを用いて、アモルファスシリコン膜を多
結晶化する方法について説明する。表面にアモルファス
シリコン膜が形成された基板を、その表面がホモジナイ
ズ面4に一致するように配置する。なお、収束レンズ3
の被写界深度の範囲内であれば、ホモジナイズ面から前
後にずれてもよい。シリンダアレイ1Aと1Bとの間隔
及びシリンダアレイ2Aと2Bとの間隔を調節してホモ
ジナイズ面4上の照射領域を、所望の長さと幅を有する
形状にする。レーザ光の照射領域が、前回のパルス照射
で照射された領域と一部重なるように、基板をy軸方向
に移動させる。アモルファスシリコン膜のレーザ照射さ
れた領域が溶融固化し、多結晶化する。
置のずれは、照射領域の長軸方向と短軸方向の両者で発
生し得る。ただし、長軸方向に関するずれは、アモルフ
ァスシリコン膜の多結晶化の際にほとんど問題とはなら
ない。従って、角倍率変換光学系AFを、図1(B)に
示すyz面に関する角倍率が1未満になり、図1(A)
に示すxz面に関する角倍率が1となるように構成して
もよい。
の構成例について説明する。図2(A)〜2(D)中に
示すxyz座標は、図1(A)及び1(B)に示すxy
z座標と同一のものである。
カル系を用いた例である。凸シリンドリカルレンズ21
と22とが、相互に共焦点系を構成するように配置され
ている。シリンドリカルレンズ21、22の光軸はz軸
と平行であり、柱面の母線はx軸と平行である。
を含む焦平面に沿って、遮光板23が配置されている。
遮光板23には、シリンドリカルレンズ21と22の光
軸に対応する位置に、x軸に平行なスリットが設けられ
ている。入射側のシリンドリカルレンズ21の焦点距離
が出射側のシリンドリカルレンズ22の焦点距離よりも
短くなるような構成にすることにより、角倍率を1未満
にすることができる。
成分以外のノイズ成分を含む。ノイズ成分は、光源が有
限の大きさを有すること、及び空気中のゴミによる散乱
等により発生する。入射光線束10のノイズ成分は、シ
リンドリカルレンズ21により収束されても、その焦点
を通過しない。光軸からある角度以上ずれて進行するノ
イズ成分は、遮光板23により遮光され、シリンドリカ
ルレンズ22に到達しない。このため、この角倍率変換
光学系を透過した平行光線束11は、入射光線束10よ
りもノイズ成分の少ない光線束になる。このように、ケ
プラータイプの角倍率変換光学系は、角倍率を変換する
ことに加え、遮光板を配置することにより、入射光線束
のノイズを低減する機能を持たせることができる。
代わりに球面レンズを用いてもよい。この場合には、遮
光板23の焦点に対応する位置にピンホールを設ける。
カル系を用いた例である。凹シリンドリカルレンズ25
と凸シリンドリカルレンズ26が、共に光軸をz軸に平
行にするするように配置されている。シリンドリカルレ
ンズ25と26の柱面の母線はx軸に平行である。凹シ
リンドリカルレンズ25が入射側に配置され、凸シリン
ドリカルレンズ26が出射側に配置されている。
様に、シリンドリカルレンズの代わりに球面レンズを用
いてもよい。
た例であり、図2(D)は2つのプリズム27と28を
用いた例である。各プリズムは、入射光線束が斜めに入
射し、出射光線束が垂直方向に出射するように配置され
ている。図2(C)の場合には、入射光線束10と出射
光線束11との進行方向は異なる。図2(D)の場合に
は、入射光線束10と出射光線束11とは偏心している
が、その進行方向は相互に平行である。
出射光線束11のビームサイズは、入射光線束10のビ
ームサイズの1/γ倍になる。角倍率γが1未満になる
ような構成とすると、出射光線束11のビームサイズが
入射光線束10のビームサイズよりも大きくなる。角倍
率変換光学系AFを透過した光線束11の大部分がホモ
ジナイズ光学系HNに入射するように、ホモジナイズ光
学系HNの開口を考慮して角倍率変換光学系AFを設計
することが好ましい。
5〜1/3程度とすることが好ましい。
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。
入射光線束の進行方向のずれによるホモジナイズ面上の
照射領域の位置ずれを抑制することができる。照射領域
の位置安定性が向上するため、安定して半導体膜の結晶
性を改善することが可能になる。
略断面図である。
学系の構成例を示す断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 平行光線束が入射すると、入射した光線
束の光軸に垂直な断面内における光強度分布を均一に近
づけるホモジナイズ光学系と、 前記ホモジナイズ光学系の入射側に配置され、光線束の
角倍率を変換し、該光線束の光軸を含む少なくとも1つ
の仮想平面内に関する角倍率が1未満である角倍率変換
光学系とを有するビームホモジナイザ。 - 【請求項2】 xyz直交座標系を考えたとき、前記ホ
モジナイズ光学系が、 複数の第1のシリンドリカルレンズを有する第1のシリ
ンダアレイであって、該第1のシリンドリカルレンズ
が、各々の光軸をz軸に平行にし、柱面の母線をx軸に
平行にし、かつy軸方向に配列した第1のシリンダアレ
イと、 前記第1のシリンダアレイを透過した光線束を収束する
収束光学系とを有し、 前記仮想平面が、yz平面に平行である請求項1に記載
のビームホモジナイザ。 - 【請求項3】 前記ホモジナイズ光学系が、さらに、複
数の第2のシリンドリカルレンズを有する第2のシリン
ダアレイであって、該第2のシリンドリカルレンズが、
各々の光軸を、対応する前記第1のシリンドリカルレン
ズの光軸と共通にし、かつy軸方向に配列した第2のシ
リンダアレイを有する請求項2に記載のビームホモジナ
イザ。 - 【請求項4】 さらに、前記第1のシリンダアレイと第
2のシリンダアレイとの間隔が変化するように、前記第
1及び第2のシリンダアレイの相対位置を変化させる相
対位置調節機構を有する請求項3に記載のビームホモジ
ナイザ。 - 【請求項5】 前記角倍率変換光学系が、 共焦点系を構成する2つの収束レンズと、 前記2つの収束レンズの共焦点に相当する位置にピンホ
ールが形成された遮光板とを有する請求項1〜4のいず
れかに記載のビームホモジナイザ。 - 【請求項6】 前記角倍率変換光学系が、 共焦点系を構成し、各々の光軸をz軸に平行にし、柱面
の母線をx軸に平行にするように配置された1対の凸シ
リンドリカルレンズと、 前記1対の凸シリンドリカルレンズの共焦点に相当する
位置に、x軸に平行なスリットが形成された遮光板とを
有する請求項2〜4のいずれかに記載のビームホモジナ
イザ。 - 【請求項7】 前記光線束の光軸を含み、前記仮想平面
に直交する他の仮想平面内に関して、前記角倍率変換光
学系の角倍率が1である請求項1〜4のいずれかに記載
のビームホモジナイザ。 - 【請求項8】 表面に半導体薄膜を有する処理対象物の
表面が、請求項1〜7のいずれかに記載のビームホモジ
ナイザのホモジナイズ面にほぼ一致するように該処理対
象物を配置する工程と、 請求項1〜7のいずれかに記載のビームホモジナイザに
よりホモジナイズされたレーザ光を、前記半導体薄膜に
照射して結晶性を変化させる工程とを有する半導体薄膜
の製造方法。
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