專利名稱：光照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有用的光照射裝置，可應用于例如使用在多晶硅薄膜晶體管等的制造的激光退火裝置等。
本申請基于2002年11月5日在日本國提出的日本專利申請2002-321704號，要求享有優(yōu)先權(quán)，在此通過參照引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來，液晶顯示器等薄膜晶體管的溝道層中開始使用載流子移動性高的多晶硅膜。薄膜晶體管的溝道層中使用的多晶硅膜通常是通過以激光照射玻璃襯底上的非晶硅進行熱處理制造而成。依照此種方式，通過激光照射對物質(zhì)進行熱處理的方法稱為激光退火處理，執(zhí)行激光退火處理的裝置稱為激光退火裝置。
在制造多晶硅膜時，為了防止薄膜晶體管的特性惡化，必須通過激光束直徑內(nèi)能量強度均勻的激光進行激光退火處理。
然而，由準直儀等形成的平行光束在激光束內(nèi)的能量強度分布為高斯分布。即，通常的平行光束是，激光束的中心部分強度高，光束周邊部分強度低。因此，激光退火裝置必須將光束內(nèi)的強度分布呈高斯分布的激光改變?yōu)閺膱A點的中心部分到周邊部分呈均勻的強度分布的激光，利用這種激光進行熱處理。通常，激光退火裝置利用準直儀等將激光振蕩器射出的激光改變?yōu)槠叫泄馐?，利用蠅眼透鏡(fly-eyelens)等光分割裝置產(chǎn)生多個光束，然后再次將這些光束合成，由此使襯底上激光的照射區(qū)域的強度分布均勻。
有一種激光振蕩器是固體激光器。固體激光器是以除半導體之外的結(jié)晶或玻璃等透明物質(zhì)作為母體材料，通過在母體材料中摻雜稀土離子或過渡金屬離子等形成固體激光器材料，利用光激勵固體激光器材料，射出激光。
固體激光器射出的激光穩(wěn)定，使用壽命也長。因此，可以認為，通過采用固體激光器作為激光退火裝置的激光光源，就解決了采用受激準分子激光器作為激光退火裝置的一般性光源時所產(chǎn)生的不穩(wěn)定的問題。
從固體激光器射出來的激光與受激準分子激光器射出的激光相比，其相干性更高。因此，當采用固體激光器作為激光光源時，如果將由蠅眼透鏡分割的各激光光束合成的話，就會產(chǎn)生相互干擾。在使用產(chǎn)生了干涉的激光的情況下，會在照射點內(nèi)產(chǎn)生干涉條紋，光束內(nèi)的強度分布無法均勻。
為了解決這樣的問題，本申請人通過日本國專利申請專利2001-374922的說明書及附圖提出了一種激光退火裝置，其使用將1條激光分割為沒有相干性的多條激光的分割光學裝置，以替代蠅眼透鏡。
下面簡單說明上述專利申請中提出的激光退火裝置。圖1表示上述專利申請中提出的激光退火裝置的結(jié)構(gòu)圖。
在圖1所示的激光退火裝置100中，首先，從激光光源101射出激光L120。從激光光源101射出的激光L120通過準直儀102變?yōu)槠叫泄夂?，射入分光?03。
分光部103具備第1和第2分束器(以下簡稱為BS)104、105和反射鏡106。第1BS104的光分割面、第2BS105的光分割面及反射鏡106的光反射面均平行配置。
借助于準直儀102變?yōu)槠叫泄獾募す釲120射入第1BS104。第1BS104將激光L120分離為透射光(以下稱為激光L121)和反射光(以下稱為激光L122)。第1BS104以1∶1的強度比例分割出透射光和反射光。
激光L121射入第2BS105。第2BS105將射入的激光L121進一步分離為透射光(以下稱為激光L123)和反射光(以下稱為激光L124)。第2BS105以1∶1的強度比例分割出透射光和反射光。
激光L123射入第1凸透鏡107。激光L124經(jīng)反射鏡106反射后，射入第2凸透鏡108。
另一方面，激光L122經(jīng)反射鏡106反射后，射入第2BS105。第2BS105將射入的激光L122進一步分離為透射光(以下稱為激光L125)和反射光(以下稱為激光L126)。第2BS105以1∶1的強度比例分割出透射光和反射光。
激光L125射入第3凸透鏡109，激光L126經(jīng)反射鏡106反射后射入第4凸透鏡111。
如上所述生成的4條激光L123、L124、L125、L126相互平行，其強度均為分割前的激光L120的1/4。
激光L123、激光L124、激光L125和激光L126分別借助于第1～第4凸透鏡107～110一次會聚后，射入聚光鏡111。然后，聚光鏡111將激光L123～126分別照射到襯底112上的預定范圍。
在以上說明的激光退火裝置100中，當從激光光源101射出的激光的相干長度為L，各光分離面之間以及光分離面與反射鏡之間的介質(zhì)的折射率為n，入射光束向光分割面的入射角為θ時，第1BS104的光分割面與第2BS105的光分割面之間的間隔t以及第1BS104的光分割面與反射鏡106的反射面之間的間隔t設定為滿足下式1。
t＞L/(2ncosθ)……(1)因此，激光L123～L126雖然是從同一激光光源101射出的激光，但全部光路均大于等于相干長度，不會相互干涉。因此，激光退火裝置100能夠以均勻強度照射襯底112上的預定范圍而不產(chǎn)生干涉條紋，使被照射物整體得到均勻照射。
然而，在上述激光退火裝置100中，理想化的BS104、105的光透射量與反射量的比例最好是1∶1。但是，由于制造誤差等原因，實際上的透射量與反射量之比不會是1∶1。另外，理想化的反射鏡106的反射率也最好是100％。但是，由于制造誤差等原因，實際上的反射率低于100％。因此，從分光部103射出的激光L123～L126理想化地最好全部是同一強度，但實際上強度不會相同。
例如，BS104、105的反射率與透射率的比例的誤差為2％，反射鏡106的反射率為99％情況下的，表示激光L123～L126的強度的圖表如圖2所示。圖2表示了在以激光L123的強度為基準的情況下各激光L124～L126的強度比率。
如該圖2所示，在以上述條件生成4條激光L123～L126的情況下，可知光的強度會產(chǎn)生17％左右的差。BS104、105及反射鏡106各自誤差雖然很小，但仍然會產(chǎn)生這樣的強度差，其原因在于，多重反射造成了制造誤差成分被積累起來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠消除如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題點的新穎的光照射裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種在將1條激光分割為多條激光時使分割出來的各條激光的強度相同的光照射裝置。
本發(fā)明的光照射裝置具備第1出射單元，其光學結(jié)構(gòu)具有將光束透射和反射后分割為透射光和反射光的1個或以上的光分離面，1條光束射入后，通過使射入的1條光束穿過1個或以上的光分離面，生成n條(n是大于等于2的自然數(shù))光束；第2出射單元，其光學結(jié)構(gòu)與第1出射單元相同，1條光束射入后，通過使射入的1條光束經(jīng)過1個或以上的光分離面，生成n條光束；光合成單元，從第1出射單元射出的n條光束與從第2出射單元射出的n條光束射入其中，合成相互的1束光線的彼此，輸出n條光束。
本發(fā)明中所用的光合成單元針對由第1出射單元和第2出射單元生成的各n條光束，按照其光束生成通路中的反射及透射所產(chǎn)生的光路長度的由短至長的順序，排列為從1到n時，將由第1出射單元生成的第m條(m為1到n之間的任意整數(shù))光束與由第2出射單元生成的第(n-m+1)條光束在同軸上進行合成。
本發(fā)明的其他目的、借助于本發(fā)明所獲得的具體優(yōu)點可由下面參照附圖所說明的實施方式進一步說明。


圖1是本發(fā)明提出的激光退火裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示由圖1所示的激光退火裝置分割的4條激光的強度分布圖表的圖。
圖3是本發(fā)明的第1實施方式的激光退火裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是圖3所示的激光退火裝置的分割光學系統(tǒng)及合成光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示分割光學系統(tǒng)的一個實例的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示由本發(fā)明的激光退火裝置分割的8條激光的強度分布圖表的圖。
圖7是本發(fā)明的第2實施方式的激光退火裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是圖7所示的激光退火裝置的第1分割光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是圖7所示的激光退火裝置的第2分割光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示本發(fā)明的激光退火裝置中使用的透鏡陣列的一個實例的透視圖。
最佳實施方式下面參照

本發(fā)明應用后的激光退火裝置。此外，以下說明的本發(fā)明的激光退火裝置是一種通過對平板狀的退火對象物體——襯底進行激光照射來對該襯底進行熱處理的裝置。例如，本發(fā)明的激光退火裝置用于形成作為液晶顯示裝置、有機EL顯示裝置的開關(guān)元件的薄膜晶體管的通道層。即，用來對在玻璃襯底上成膜的非晶硅膜進行熱處理以形成多硅膜。
第1實施方式首先，說明本發(fā)明的第1實施方式。如圖3所示，該激光退火裝置10具備載物臺12，用來放置襯底11；第1激光光源13，用來射出激光；設置在從第1激光光源13射出的激光的光路上的第1準直儀14和第1衰減器15；第1分光部16，用來將從第1衰減器15射出的激光分割為n條激光；第2激光光源17，用來射出激光；設置在從第2激光光源17射出的激光的光路上的第2準直儀18和第2衰減器19；第2分光部20，用來將從第2衰減器19射出的激光分割為n條激光。n是自然數(shù)。
另外，本發(fā)明的激光退火裝置10具備光合成部21，用來將從第1分光部16和第2分光部20射出的各n條激光混合后射出(2×n)條激光；透鏡陣列22，由(2×n)個凸透鏡構(gòu)成并射入從光合成部21射出的(2×n)條激光；聚光鏡23，用來將從透鏡陣列22射出的(2×n)條激光引導到襯底11的預定區(qū)域。
載物臺12具有用來承載平板狀的襯底11的平坦主面。載物臺12在保持主面上承載的襯底11的同時，向與主面平行的方向——圖3中的X方向和Y方向移動。在激光退火裝置10中，通過移動載物臺12，能夠移動襯底11與激光的照射點的相對位置。即，移動載物臺12能夠控制襯底11上進行退火的位置。此外，載物臺12的移動控制由未圖示的控制器來完成。
第1激光光源13和第2激光光源17分別將1個光束的激光脈沖振蕩后輸出。在激光退火裝置10中，采用固體激光器作為第1激光光源13和第2激光光源17。固體激光器是以除半導體之外的結(jié)晶或玻璃等透明物質(zhì)作為母體材料，通過在母體材料中摻雜稀土離子或過渡金屬離子等形成固體激光器材料，利用光激勵固體激光器材料，射出激光束的裝置。這里，作為固體激光器，可以使用在母體材料中使用玻璃摻雜Nd3+后的玻璃激光器、在紅寶石上摻雜Cr3+后的紅寶石激光器、在釔鋁石榴石(YAG)上摻雜Nd3+后的YAG激光器，進一步，將這些激光的波長通過非線性光學結(jié)晶進行波長變換后的激光器等。另外，也可以使用半導體激光器取代固體激光器。
第1激光光源13和第2激光光源17雖然射出相同波長的激光，但它們由不同激光振蕩器構(gòu)成，即使將兩者射出的激光進行合成，也不會產(chǎn)生干涉。
從第1激光光源13射出的激光射入第1準直儀14。第1準直儀14將射入的激光變?yōu)轭A定光束直徑的平行光束。從第1準直儀14射出的激光射入第1衰減器15。第1衰減器15對射入的激光的強度進行調(diào)整。從第1衰減器15射出的激光射入第1分光部16。
從第2激光光源17射出的激光射入第2準直儀18。第2準直儀18將射入的激光變?yōu)轭A定光束直徑的平行光束。從第2準直儀18射出的激光射入第2衰減器19。第2衰減器19對射入的激光的強度進行調(diào)整。從第2衰減器19射出的激光射入第2分光部20。
以下將從第1衰減器15射入第1分光部16的激光稱為激光L11。另外，將從第2衰減器19射入第2分光部20的激光稱為激光L12。通過準直儀14、18及衰減器15、19的調(diào)整，激光L11與激光L12的強度及光束直徑變得相同。
第1分光部16將入射的激光L11分割，射出等間距排列的n條平行激光。從第1分光部16射出的n條激光的光路按照例如圖3中的X方向排列。另外，從第1分光部16射出的n條激光為相互沒有相干性的激光。例如，在第1分光部16，用來分割激光而形成的光路長度隨著射出的各條激光而不同。即，從激光L11的入射口到出射口的光路長度對于n條激光均不相同。進一步，各個光路中存在著大于等于由第1激光光源13所規(guī)定的相干長度的差。因此，射出的各條激光呈沒有相干性的狀態(tài)。
此外，對從第1分光部16射出的n條激光按其排列順序給以編號進行說明。例如，從第1分光部16射出的n條激光沿圖3中X方向排列，從X方向的一方開始順序加1進行編號。具體說來，從X方向的一方開始，第1條激光記為激光L11-1，第2條激光記為激光L11-2，第3條激光記為激光L11-3，以下順序編號，最后，第n條激光記為激光L11-n。
第2分光部20將入射的激光L12分割，射出等間距平行排列的n條激光。從第2分光部20射出的n條激光的光路形成在例如圖3中的X-Z平面上，沿著X方向排列。另外，從第2分光部20射出的n條激光為相互沒有相干性的激光。例如，在第2分光部20，用來分割激光而形成的光路長度隨著射出的各條激光而不同。即，從激光L12的入射口到出射口的光路長度對于n條激光均不相同。進一步，各個光路中存在著大于等于由第2激光光源17所規(guī)定的相干長度的差。因此，射出的各條激光呈互相沒有相干性的狀態(tài)。
此外，對從第2分光部20射出的n條激光按其排列順序給以編號進行說明。例如，從第2分光部20射出的激光沿圖3中X方向排列，從箭頭X方向一方開始順序加1進行編號。此外，編號增加的方向與第1分光部16中編號的增加方向相同。具體說來，從X方向的一方開始，第1條激光記為激光L12-1，第2條激光記為激光L12-2，第3條激光記為激光L12-3，以下順序編號，最后，第n條激光記為激光L12-n。
這里，第1分光部16與第2分光部20使用同樣的光學部件，其光學部件的內(nèi)部配置相同。
不過，第1分光部16與第2分光部20以與射出的激光的光軸方向平行的軸為中心，相對于該軸反轉(zhuǎn)180°配置。即，第1分光部16與第2分光部20以圖3中Z方向的軸為中心反轉(zhuǎn)180度配置。
因此，從第1分光部16與第2分光部20射出的激光的關(guān)系如下。即，用來生成第1分光部16的第1條激光L11-1而形成的第1分光部16內(nèi)的光學路徑與用來生成第2分光部20的第n條激光L12-n而形成的第2分光部20內(nèi)的光學路徑相同。另外，用來生成第1分光部16的第2條激光L11-2而形成的第1分光部16內(nèi)的光學路徑與用來生成第2分光部20的第(n-1)條激光L12-(n-1)而形成的第2分光部20內(nèi)的光學路徑相同。另外，用來生成第1分光部16的第3條激光L11-3而形成的第1分光部16內(nèi)的光學路徑與用來生成第2分光部20的第(n-2)條激光L12-(n-2)而形成的第2分光部20內(nèi)的光學路徑相同。
即，用來生成第1分光部16的第m(m為大于等于1小于等于n的整數(shù))條激光L11-m而形成的第1分光部16內(nèi)的光學路徑與用來生成第2分光部20的第(n-m+1)條激光L12-(n-m+1)而形成的第2分光部20內(nèi)的光學路徑相同。因此，第1分光部16的第m條激光與第2分光部20的第(n-m+1)條激光是由射入的激光穿過相同光學部件而生成的。
此外，后面詳細敘述第1分光部16及第2分光部20的具體結(jié)構(gòu)實例。
如上所述的從第1分光部16射出的n條激光L11-1～L11-n以及從第2分光部20射出的n條激光L12-1～L12-n射入光合成部21。
光合成部21將從第1分光部16射出的n條激光L11-1～L11-n與從第2分光部20射出的n條激光L12-1～L12-n合成后，射出等間距平行排列的(2×n)條激光。從光合成部21射出的n條激光沿著例如圖3中的X方向排列。(2×n)條激光的強度均相同。
以下，對從光合成部21射出的(2×n)條輸出激光按其排列順序編號。具體說來，從光合成部21輸出的第1條激光記為激光L20-1，第2條激光記為激光L20-2，第3條激光記為激光L20-3，第n條激光記為激光L20-n，第(n+1)條激光記為激光L20-(n+1)，第(n+n)條激光記為激光L20-(n+n)。
此外，后面詳細敘述光合成部21的具體結(jié)構(gòu)實例。
從光合成部21輸出的(2×n)條輸出激光(L20-1～L20-(n+n))射入透鏡陣列22。
透鏡陣列22由在從光合成部21射出的(2×n)條輸出激光的排列方向(例如圖3中的X方向)上等間隔排成1列的(2×n)個凸透鏡構(gòu)成。凸透鏡的排列間隔與從光合成部21射出的輸出激光的間隔相同，各凸透鏡設置在各輸出激光的光軸上。從透鏡陣列22射出的輸出激光被一度聚光后，射入聚光鏡23。
聚光鏡23將經(jīng)透鏡陣列22聚光后的(2×n)條輸出激光合成到襯底11上的規(guī)定的照射區(qū)域，合成后的光照射到襯底11上。
如上所述構(gòu)成的激光退火裝置10中，在載物臺12上放置襯底11，其后，開始激光退火處理。激光退火裝置10在激光退火處理開始后，從第1激光光源13和第2激光光源17射出脈沖激光。
從第1激光光源13射出的激光穿過第1準直儀14、第1衰減器15及第1分光部16后，成為沒有相干性的相同強度的n條平行光束。從第2激光光源17射出的激光穿過第2準直儀18、第2衰減器19及第2分光部20后，成為沒有相干性的相同強度的n條平行光束。
分別從第1分光部16和第2分光部20射出的n條激光由光合成部21合成，輸出為(2×n)條輸出激光。(2×n)條輸出激光通過透鏡陣列22及準直儀23合成后，照射到襯底11上的指定區(qū)域。
此外，在激光退火裝置10中，使載物臺12平行移動，將平板狀的襯底11沿平行于主面的方向(圖3中X-Y方向)移動，在襯底11的整個區(qū)域中照射激光，進行退火處理。
其次，進一步詳細說明第1分光部16、第2分光部20及光合成部21的結(jié)構(gòu)。以從第1分光部16及第2分光部20射出的激光的條數(shù)為4條、即n＝4的情況下的第1分光部16、第2分光部20及光合成部21的結(jié)構(gòu)為例進行說明。
圖4表示在n＝4的情況下第1分光部16、第2分光部20及光合成部21的結(jié)構(gòu)。另外，圖5表示在n＝4的情況下第1分光部16的結(jié)構(gòu)。此外，射入第1分光部16及第2分光部20的激光L11、L12的入射方向取作Z方向。該Z方向是對載物臺11的主面的正交方向。另外，分別從第1分光部16及第2分光部20射出的各4條激光平行于預定方向并排射出，取該激光的排列方向為X方向。此外X方向與Z方向是相互正交的方向。
如圖4及圖5所示，第1分光部16具備第1分束器(BS)31及第2BS32，其平面狀的光分離面沿著Z方向并列配置。第1BS31及第2BS32是用來將射入光分離面的激光透射及反射后分離為2條激光的元件。透射與反射的分離比率設計成1∶1。
第1分光部16具備反射鏡33，其光反射面平行于第1BS31及第2BS32的光分離面，與第1BS31及第2BS32沿著Z方向并排配置。反射鏡33是用來將射到平面狀的光反射面上的激光反射出去的元件。反射鏡33比第1BS31更靠近激光L11的入射一側(cè)配置。
第1BS31及第2BS32的光分離面以及反射鏡33的光反射面垂直于由X-Z軸形成的平面而配置，并且，相對于射入的激光L11的入射方向、即X方向呈指定角度θ(0°＜θ＜90°)來配置。即，激光L11以入射角θ射入第1BS31及第2BS32的光分離面。
第1BS31配置于第1激光L11-1的光軸上。另外，第2BS32也配置于第1激光L11-1的光軸上。另外，第1BS31的配置和大小為只允許入射光激光L11射入，其他光線無法射入。第2BS32的配置和大小為只允許第1BS31的透射光及經(jīng)反射鏡33反射后第1BS31的反射光射入，其他光線無法射入。反射鏡33配置位置和大小為允許第1BS31的反射光以及第2BS32的2個反射光射入，不遮擋入射光L11。
不過，當?shù)?激光光源13所設定的相干長度為L時，第1BS31與反射鏡33之間的距離t1大于等于L/(2cosθ)。另外，當?shù)?激光光源13所設定的相干長度為L時，第1BS31與第2BS32之間的距離t2也大于等于L/(2cosθ)。
借助于如上所述的結(jié)構(gòu)，第1分光部16能夠射出平行于X方向排列的相互沒有相干性的4條激光。
具體說來，第1激光L11-1在穿過第1BS31及穿過第2BS32的路徑中產(chǎn)生。第2激光L11-2在經(jīng)第1BS31反射及穿過第2BS32的路徑中產(chǎn)生。第3激光L11-3在穿過第1BS31并經(jīng)第2BS32反射的路徑中產(chǎn)生。第4激光L11-4在經(jīng)第1BS31反射并經(jīng)第2BS32反射的路徑中產(chǎn)生。
由于從第1分光部16射出的4條激光是通過大于等于相互相干長度的光路而生成的，即使合成也不會產(chǎn)生干涉。
即，如果比較第1激光L11-1的光路長度與第2激光L11-2的光路長度，當相干長度為L時，第1BS31與反射鏡33之間的距離t1大于等于L/(2cosθ)；因此，第2激光L11-2的光路長度大于等于相干長度L。如果比較第2激光L11-2的光路長度與第3激光L11-3的光路長度，當相干長度為L時，第1BS31與第2BS32之間的距離t2大于等于L/(2cosθ)；因此，第3激光L11-3的光路長度大于等于相干長度。如果比較第3激光L11-3的光路長度與第4激光L11-4的光路長度，當相干長度為L時，第1BS31與反射鏡33之間的距離t1大于等于L/(2cosθ)；因此，第4激光L11-4的光路長度大于等于相干長度。
第2分光部20使用與上述結(jié)構(gòu)的第1分光部16相同的光學部件，具有相同的配置結(jié)構(gòu)。
不過，如圖4所示，第2分光部20配置為以輸出激光的出射方向(Z方向)為軸，軸反轉(zhuǎn)180°配置。
因此，第1激光L12-1在經(jīng)第1BS31反射并經(jīng)第2BS32反射的路徑中產(chǎn)生。第2激光L11-2在穿過第1BS31并經(jīng)第2BS32反射的路徑中產(chǎn)生。第3激光L11-3在經(jīng)第1BS31反射并穿過第2BS32的路徑中產(chǎn)生。第4激光L11-4在穿過第1BS31并穿過第2BS32的路徑中產(chǎn)生。
如圖4所示，光合成部21具備分束器34，將射入的激光反射及透射后，分離為2條激光。分束器34的光分離面與X-Z平面正交。分束器34的透射與反射的分離比率為1∶1。
從第1分光部16射出的4條激光(L11-1～L11-4)在經(jīng)反射鏡35反射后，從一側(cè)的面(以下稱為表面)射入分束器34。另外，從第2分光部20射出的4條激光(L12-1～L12-4)從與射入來自第1分光部16的激光的面相反一側(cè)的面(以下稱為背面)射入分束器34。
從第1分光部16及第2分光部20射出的8條激光全部沿著與分束器34的光分割面正交的平面、即X-Z平面射入該分束器34。另外，各激光以規(guī)定角度φ(0°＜φ＜90°)射入分束器34的光分離面。不過，射入時，從第1分光部16射出的激光(L11-1～L11-4)與從第2分光部20射出的激光(L12-1～L12-4)的光軸不一致。
進一步，從第1分光部16射出的第1激光L11-1與從第2分光部20射出的第1激光L12-1射入分束器34的光分離面上的相同位置(但存在表面與背面的差別)。從第1分光部16射出的第2激光L11-2與從第2分光部20射出的第2激光L12-2射入分束器34的光分離面上的相同位置。從第1分光部16射出的第3激光L11-3與從第2分光部20射出的第3激光L12-3射入分束器34的光分離面上的相同位置。從第1分光部16射出的第4激光L11-4與從第2分光部20射出的第2激光L12-4射入分束器34的光分離面上的相同位置。
因此，從第1分光部16射出的第1激光L11-1的反射光(L11-1_r)與從第2分光部20射出的第1激光L12-1的透射光(L12-1_t)在同軸上被合成，作為輸出光L20-1射出。從第1分光部16射出的第2激光L11-2的反射光(L11-2_r)與從第2分光部20射出的第2激光L12-2的透射光(L12-2_t)在同軸上被合成，作為輸出光L20-2射出。從第1分光部16射出的第3激光L11-3的反射光(L11-3_r)與從第2分光部20射出的第3激光L12-3的透射光(L12-3_t)在同軸上被合成，作為輸出光L20-3射出。從第1分光部16射出的第4激光L11-4的反射光(L11-4_r)與從第2分光部20射出的第4激光L12-4的透射光(L12-4_t)在同軸上被合成，作為輸出光L20-4射出。
另外，從第1分光部16射出的第1激光L11-1的透射光(L11-1_t)與從第2分光部20射出的第1激光L12-1的反射光(L12-1_r)在同軸上被合成，作為輸出光L20-5射出。從第1分光部16射出的第2激光L11-2的透射光(L11-2_t)與從第2分光部20射出的第2激光L12-2的反射光(L12-2_r)在同軸上被合成，作為輸出光L20-6射出。從第1分光部16射出的第3激光L11-3的透射光(L11-3_t)與從第2分光部20射出的第3激光L12-3的反射光(L12-3_r)在同軸上被合成，作為輸出光L20-7射出。從第1分光部16射出的第4激光L11-4的透射光(L11-4_t)與從第2分光部20射出的第4激光L12-4的反射光(L12-4_r)在同軸上被合成，作為輸出光L20-8射出。
此外，輸出光L20-5～L20-8經(jīng)反射鏡36反射，與輸出光L20-1～L20-4平行射出。
如上所述，本發(fā)明的激光退火裝置10中，第1分光部16與第2分光部20使用相同的光學部件，該光學部件的內(nèi)部配置結(jié)構(gòu)相同。另外，第1分光部16與第2分光部20以出射激光的光軸方向為中心軸，相對于該中心軸相互反轉(zhuǎn)180°配置。進一步，第1實施方式的激光退火裝置10中，利用光合成部21，將第1分光部16的第m(1≤m≤n)激光L11-m與第2分光部20的第m激光L12-m彼此合成。
依照此種方式，本發(fā)明的激光退火裝置10中，穿過反射及透射的模式相互對稱的路徑而分離的激光彼此被合成。因此，第1實施方式的激光退火裝置10中，即使由于制造誤差而在分離光學系統(tǒng)的分束器中產(chǎn)生透射及反射的分離比例的差異，通過進行激光合成，也能夠抵消誤差。
例如，假定圖4所示的第1分光部16及第2分光部20的第1分束器31及第2分束器32的反射量與透射量的比例誤差為2％，反射鏡33的反射率為99％，在此情況下，表示激光L20-1～L20-8的強度的圖表如圖6所示。圖6表示了在以激光L20-1的強度為基準的情況下各激光L20-2～L20-8的強度比率。
如該圖6所示，在以上述條件生成8條激光L20-1～L20-8的情況下，可知光的強度只產(chǎn)生1.1％左右的差。
此外，作為第1分光部16及第2分光部20的具體實例，采用了n＝4時的結(jié)構(gòu)為例；通過增加分束器的數(shù)量，n＝4以外也能夠以相同結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。即，分束器的數(shù)量為j個(j是自然數(shù))時，能夠射出n＝2j條激光。
假定由第1分光部16及第2分光部20分割的激光光束數(shù)量為n，配置為第i個的分束器為BSi，i的最大值、即分光部所具備的BS的數(shù)量為k，則n與k的關(guān)系如下式2所示。
n＝2k……(2)另外，第i個BSi中激光光束穿過及反射次數(shù)m與i的關(guān)系如下式3所示。
m＝2(j-1)……(3)另外，BSi的透射率T如下式4所示。
T＝0.5i……(4)進一步，BSi的反射率R如下式5所示。
R＝0.5i……(5)另外，為了使輸出的n條激光光束成為互不干涉的不相干光，需要將各分束器及反射鏡如下配置。
這里，假定各分束器的激光光束入射角為θ，激光光束的相干長度為L。
第1個分束器與反射鏡之間的距離t0設定為如下式6。
t0≥L/(2cosθ)……(6)另外，配置為第1個的分束器BS1與配置為第j個的分束器BS(j)之間的距離t(j-1)設定為如下式7。此外，j為從2到k的整數(shù)。
tj≥((2(j-1)-1)L/(2cosθ)……(7)另外，進一步，各分束器之間，以及分束器與反射鏡之間設置了折射率為n的介質(zhì)時，為了使輸出的n條激光光束成為互不干涉的不相干光，需要將各分束器及反射鏡配置如下。
第1個分束器與反射鏡之間的距離t0設定為如下式8。
t0≥L/(2ncosθ)……(8)另外，配置為第1個的分束器BS1與配置為第j個的分束器BS(j)之間的距離t(j-1)設定為如下式9。j為從2到k的整數(shù)。
tj≥(2(j-1)-1)L/(2ncosθ)……(9)通過這樣配置分束器，能夠?qū)?條激光光束分割為互不干涉并且強度相同的n條平行激光光束。
第2實施方式其次說明本發(fā)明的第2實施方式的激光退火裝置。此外，在說明本發(fā)明的第2實施方式的激光退火裝置時，對與上述的第1實施方式相同的部分標以相同符號，省略其進一步的詳細說明。
如圖7所示，本發(fā)明的第2實施方式的激光退火裝置40具備載物臺12，用來放置襯底11；第1激光光源13，用來射出激光；設置在從第1激光光源13射出的激光的光路上的第1準直儀14和第1衰減器15；第2激光光源17，用來射出激光；設置在從第2激光光源17射出的激光的光路上的第2準直儀18和第2衰減器19。
圖7所示的本發(fā)明的激光退火裝置40具備第1水平分光部41，用來將從第1衰減器15射出的激光沿著圖7中X方向的水平方向分割為2條激光；第2水平分光部42，用來將從第2衰減器19射出的激光沿著水平方向分割為2條激光；第1垂直分光部43，用來將由第1水平分光部41分割的2條激光沿著圖7中Y方向的垂直方向4分為共計8條激光并輸出；第2垂直分光部44，用來將由第2水平分光部42分割的2條激光沿著垂直方向4分為共計8條激光并輸出；光合成部45，用來將從第1垂直分光部43和第2垂直分光部44射出的各8條激光混合后射出16條激光；透鏡陣列46，從由16個凸透鏡構(gòu)成的光合成部45射出的16條激光射入其中；聚光鏡23，用來將從透鏡陣列46射出的16條激光引導到襯底11的預定區(qū)域。
從第1衰減器15射出的激光射入第1水平分光部41，從第2衰減器19射出的激光射入第2水平分光部42。
第1水平分光部41將入射的激光沿X方向分割，射出等間距平行排列的2條激光。從第1水平分光部41射出的2條激光的光路沿著例如圖7中的X方向排列。另外，從第1水平分光部41射出的2條激光為相互沒有相干性的激光。例如，在第1水平分光部41，用來分割激光而形成的光路長度隨著射出的各條激光而不同。即，從激光的入射口到出射口的光路長度對于2條激光均不相同。進一步，各個光路中存在著大于等于由第1激光光源13所規(guī)定的相干長度的差。例如，第1水平分光部41可以采用去除了圖5所示的分光部16的分束器32的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
第2水平分光部42將入射的激光沿X方向分割，射出等間距平行排列的2條激光。從第2水平分光部42射出的2條激光的光路沿著例如圖7中的X方向排列。另外，從第2水平分光部42射出的2條激光為相互沒有相干性的激光。例如，在第2水平分光部42，用來分割激光而形成的光路長度隨著射出的各條激光而不同。即，從激光的入射口到出射口的光路長度對于2條激光均不相同。進一步，各個光路中存在著大于等于由第2激光光源17所規(guī)定的相干長度的差。例如，第2水平分光部42可以采用去除了圖7所示的分光部16的分束器32的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
這里，第1水平分光部41與第2水平分光部42使用同樣的光學部件，其光學部件的內(nèi)部配置相同。不過，第1水平分光部41與第2水平分光部42以射出的激光的光軸方向為中心，配置為成為軸對稱。即，第1水平分光部41與第2水平分光部42配置為相對于圖7中Z方向的激光的射出方向呈180°軸旋轉(zhuǎn)。
從第1水平分光部41射出的2條激光射入第1垂直分光部43，從第2水平分光部42射出的2條激光射入第2垂直分光部44。
第1垂直分光部43將圖7中沿X方向平行排列的2條激光分別獨立地沿圖7中的Y方向4分割并輸出。因此，從第1垂直分光部43射出共計8條激光。從第1垂直分光部43射出的8條激光沿圖7中X方向2列、沿圖7中Y方向4列，排列為矩陣狀。另外，從第1垂直分光部43射出的8條激光為相互沒有相干性的激光。例如，從激光的入射口到出射口的光路長度對于垂直方向的每條激光均不相同。進一步，各個光路中存在著大于等于由第1激光光源13所規(guī)定的相干長度的差。例如，第1垂直分光部43可以通過將圖7所示的分光部16以Z方向為中心旋轉(zhuǎn)90度來實現(xiàn)。
第2垂直分光部44將圖7中沿X方向平行排列的2條激光分別獨立地沿圖7中的Y方向4分割并輸出。因此，從第2垂直分光部44射出共計8條激光。從第2垂直分光部44射出的8條激光沿圖7中X方向2列、沿圖7中Y方向4列，排列為矩陣狀。另外，從第2垂直分光部44射出的8條激光為相互沒有相干性的激光。例如，從激光的入射口到出射口的光路長度對于垂直方向的每條激光均不相同。進一步，各個光路中存在著大于等于由第2激光光源17所規(guī)定的相干長度的差。例如，第2垂直分光部44可以通過將圖7所示的分光部16以Z方向為中心旋轉(zhuǎn)-90度來實現(xiàn)。
這里，圖8表示從圖7中X方向觀察第1水平分光部41、第1垂直分光部43及光合成部45所看到的圖，圖9表示從圖7中X方向觀察第2水平分光部42、第2垂直分光部44及光合成部45所看到的圖。如圖8及圖9所示，第1垂直分光部43與第2垂直分光部44使用同樣的光學部件，其光學部件的內(nèi)部配置相同。不過，第1垂直分光部43與第2垂直分光部44以射出的激光的光軸方向的平行軸為中心，相對于該軸反轉(zhuǎn)180°配置。
從第1垂直分光部43及第2垂直分光部44射出的各自8條激光射入光合成部45。
光合成部45將從第1垂直分光部43射出的8條激光與從第2垂直分光部44射出的8條激光混合后，射出沿X方向的水平方向4列、Y方向的垂直方向4列排列為矩陣狀的激光光群。從光合成部45射出的16條激光其強度均相同。該光合成部45的結(jié)構(gòu)與上述光合成部21的結(jié)構(gòu)相同。不過，在第1實施方式中，對在X方向上排成1列的激光進行合成；而在第2實施方式中，射入的是呈矩陣狀排列的激光，因此，必須有足夠的大小，以便在光分離面上照射8條激光。
光合成部45具備分束器34，將射入的激光反射及透射后，分離為2條激光。分束器34的光分離面與X-Z平面正交。分束器34的透射與反射的分離比率為1∶1。
從第1垂直分光部43射出的8條激光在經(jīng)反射鏡35反射后，從一側(cè)的面(以下稱為表面)射入分束器34。另外，從第2垂直分光部44射出的8條激光從與射入來自第1垂直分光部43的激光的面相反一側(cè)的面(以下稱為背面)射入分束器34。
從第1垂直分光部43及第2垂直分光部44射出的共計16條激光以預定的角度φ(0°＜φ＜90°)射入分束器34的光分離面。不過，射入時，從第1垂直分光部43射出的激光與從第2分光部44射出的激光的光軸不一致。
進一步，從第1垂直分光部43射出的(s，t)位置的激光與從第2垂直分光部44射出的(s，t)位置的激光射入分束器34的光分離面上的相同位置(但存在表面與背面的差別)。這里，(s，t)表示2×4的矩陣狀的激光的位置。此外，s，t的取值分別為s＝1，2、t＝1，2，3，4。即，矩陣內(nèi)相同位置的激光彼此被同軸合成。
從光合成部45輸出的16條輸出激光射入透鏡陣列46。
透鏡陣列46由圖10所示的矩陣狀排列的16個凸透鏡構(gòu)成。凸透鏡的排列間隔與從光合成部45射出的輸出激光的間隔相同，各凸透鏡設置在各輸出激光的光軸上。從透鏡陣列46射出的輸出激光被一度聚光后，射入聚光鏡23。
聚光鏡23將由透鏡陣列46聚光的16條輸出激光合成后，聚集到襯底11上的預定的照射區(qū)域。
具備上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的激光退火裝置40中，以二維形式進行激光分割。這種情況下，第1水平分光部41與第2水平分光部42的關(guān)系、第1垂直分光部43與第2垂直分光部44的關(guān)系為，使用相同的光學部件，該光學部件的內(nèi)部配置結(jié)構(gòu)相同。進一步，以出射激光的光軸方向為中心軸，相對于該中心軸相互反轉(zhuǎn)180°配置。進一步，在第2實施方式的激光退火裝置40中，利用光合成部45，將從第1垂直分光部43射出的激光與從第2垂直分光部44射出的激光和在矩陣狀的相同位置的激光彼此進行合成。
即，第2實施方式的激光退火裝置40中，穿過相對的路徑而分離的激光彼此被合成。
因此，圖7所示的本發(fā)明的激光退火裝置40中，即使由于設計誤差而在分離光學系統(tǒng)的分束器中產(chǎn)生透射及反射的分離比例的差異，通過進行激光合成，也能夠抵消誤差。
另外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說以下事實是明顯的本發(fā)明并不限于上述實施例，只要不背離附上的權(quán)利要求書及其主旨，可以進行各種各樣的變更、替換或者類似變化。
工業(yè)適用性本發(fā)明的光照射裝置對穿過相對光學路徑的光束彼此進行合成，因此，分割路徑上產(chǎn)生的誤差成分被抵消，能夠使從光合成單元輸出的多條光束強度相同。
權(quán)利要求
1.一種光照射裝置，其特征在于，具備第1出射單元，其光學結(jié)構(gòu)具有將光束透射和反射后分割為透射光和反射光的1個或以上的光分離面，1條光束射入后，通過使射入的1條光束經(jīng)過上述1個或以上的光分離面，生成n條(n是大于等于2的自然數(shù))光束；第2出射單元，其光學結(jié)構(gòu)與上述第1出射單元相同，1條光束射入后，通過使射入的1條光束經(jīng)過上述1個或以上的光分離面，生成n條光束；光合成單元，從上述第1出射單元射出的n條光束與從上述第2出射單元射出的n條光束射入其中，合成相互的1束光線的彼此，輸出n條光束，上述光合成單元針對由上述第1出射單元和第2出射單元生成的各n條光束，按照其光束生成通路中的因反射及透射所產(chǎn)生的光路長度的由短至長的順序，排列為從1到n時，將由第1出射單元生成的第m條(m為1到n之間的任意整數(shù))光束與由第2出射單元生成的第(n-m+1)條光束在同軸上進行合成。
2.如權(quán)利要求1所述的光照射裝置，其特征在于，上述光合成單元具有將射入的光束反射及透射后分割為2條光束的光束分割面；上述光束分割面上，從其一面一側(cè)射入由第1出射單元射出的n條光束，從成為上述一面的背面?zhèn)鹊牧硪幻嬉粋?cè)射入由第2出射單元射出的n條光束，第1出射單元的第m個光束的透射光與第2出射單元的第(n-m+1)個光束的反射光在同軸上合成，第1出射單元的第m個光束的反射光與第2出射單元的第(n-m+1)個光束的透射光在同軸上合成。
3.如權(quán)利要求2所述的光照射裝置，其特征在于，上述第1出射單元將與上述光束分割面垂直的平面上平行排列的n條光束射出到上述光束分割面；上述第2出射單元將在與從上述第1出射單元射出的n條光束排列的平面同一平面上平行排列的n條光束射出到上述光束分割面。
4.如權(quán)利要求1所述的光照射裝置，其特征在于，上述第1及第2出射單元中包含的光分割光學系統(tǒng)，具備從第1到第j(n＝2j，j為大于等于1的自然數(shù))的j分束器個分光器，其具有光分離面，將入射的光束透射及反射后分離為透射光及反射光的2個光束，同時，將該反射光沿著與上述光合成單元的光束分割面垂直的平面射出，該光分離面平行排列；反射鏡，具有將入射光束進行反射的光反射面，該光反射面與各分束器器的光分離面平行，并配置在來自分束器器的全部反射光射入該光反射面的位置，第1個分束器器中射入1條光束，射出1條透射光及1條反射光，第k+1(k為大于等于1小于等于(j-1)的整數(shù))個分束器器射入第k個分束器器的2(k-1)條透射光，同時，第k個分束器器的2(k-1)條反射光經(jīng)上述分束器反射鏡反射后射入其中，射出2k條透射光及2k條反射光；第j個分束器器向外部射出2(j-1)條透射光，向上述反射鏡射出2(j-1)條反射光；上述反射鏡將第j個分束器器的2(j-1)條反射光反射后向外部射出，上述第k個分束器器的光分離面與第(k+1)個分束器器的光分離面之間的距離以及各分束器器的光分離面與反射鏡的反射面之間的距離調(diào)整為使從光源射出的光束的各自的光路的光路長的差大于相干長度。
5.如權(quán)利要求3所述的光照射裝置，其特征在于，假定射入各分束器器的激光光束的入射角為θ，從上述激光光源射出的激光光束的相干長度為L，各光分離面的介質(zhì)的折射率為n，此時，第1個分束器器的光分離面與第(k+1)個分束器器的光分離面之間的距離tk為大于等于(2(j-1)-1)×L/(2cosθ)，假定射入各分束器器的激光光束的入射角為θ，從上述激光光源射出的激光光束的相干長度為L，第1個分束器器的光分離面與上述反射鏡的光反射面之間的介質(zhì)的折射率為n，此時，第1個分束器器的光分離面與上述反射鏡的光反射面之間的距離為大于等于L/(2ncosθ)。
6.如權(quán)利要求5所述的光照射裝置，其特征在于，上述第1出射單元的光分割光學系統(tǒng)與上述第2出射單元的光分割光學系統(tǒng)相對于從第1及第2出射單元射出的n條光束的排列方向相互反轉(zhuǎn)配置。
7.如權(quán)利要求5所述的光照射裝置，其特征在于，經(jīng)上述分束器器的光分離面分離的反射光及透射光的光強度之比為1∶1。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于激光退火裝置的光照射裝置，具備將1條激光分割為n條激光的第1分割部(16)及第2分割部(20)；用來將從第1分光部(16)射出的第m(m為大于等于1小于等于n的整數(shù))條激光與從第2分光部(20)射出的第m條光束合成的合成部(21)。第1分光部(16)與第2分割部(20)由互相相同的光學部件構(gòu)成，并且配置于相互反轉(zhuǎn)的位置。
文檔編號H01L21/20GK1735962SQ20038010832
公開日2006年2月15日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者月原浩一, 田附幸一 申請人:索尼株式會社