特開 2024-90689 レーザアニール装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090689

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】レーザアニール装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20240627BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240627BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20240627BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

H01L21/268 J

G02B6/42

H01L21/20

B23K26/064 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206738

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】500171707

【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】110001520

【氏名又は名称】弁理士法人日誠国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥野 武志

(72)【発明者】

【氏名】木下 理裕

(72)【発明者】

【氏名】橋爪 瑞葵

(72)【発明者】

【氏名】楊 映保

(72)【発明者】

【氏名】針谷 香織

(72)【発明者】

【氏名】後藤 順

【テーマコード（参考）】

2H137

4E168

5F152

【Ｆターム（参考）】

2H137AA13

2H137AB06

2H137BA04

2H137BA15

2H137BB02

2H137BB17

2H137BC07

2H137CA13A

2H137CA25A

2H137CC21

2H137CC24

2H137DB01

4E168CB07

4E168DA26

4E168EA17

4E168JA12

5F152CC02

5F152CE05

5F152EE01

5F152EE10

5F152FF09

(57)【要約】

【課題】スペックパターンの発生を抑制でき、光ファイバの寿命を長くすることができるレーザアニール装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光を出射する光源と、一端部から前記レーザが入射され前記レーザ光を伝送し他端部からレーザ光を出射するマルチモードの光ファイバと、を備えたレーザアニール装置であって、振動ヘッド部を有する振動源を備え、
前記振動ヘッド部の取り付け面に前記光ファイバが配置され、前記取り付け面に配置された前記光ファイバの領域を覆い、前記光ファイバを前記取り付け面に支持して押圧する支持部を備え、前記光ファイバと当該光ファイバに接触する前記支持部との振動伝達率が、前記取り付け面と前記光ファイバとの振動伝達率よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射する光源と、一端部から前記レーザ光が入射され他端部から前記レーザ光を出射するマルチモードの光ファイバと、を備えたレーザアニール装置であって、
取り付け面を有する振動源を備え、
前記取り付け面に沿って前記光ファイバが配置され、
前記取り付け面に配置された領域の前記光ファイバは、剛性を有する保護層で覆われ、
前記保護層で覆われた前記光ファイバを前記取り付け面へ向けて押圧する支持部を備えることを特徴とするレーザアニール装置。

【請求項2】

前記保護層と前記支持部との振動伝達率が、前記取り付け面と前記保護層との振動伝達率よりも小さく設定されている
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項3】

前記保護層は、金属または合成樹脂でなる筒体である
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項4】

前記光ファイバは、前記保護層との間に樹脂材料が充填されている
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項5】

前記支持部は、前記光ファイバに接触するゴム材料部と、当該ゴム材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備える
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項6】

前記支持部は、前記光ファイバに接触する樹脂材料部と、当該樹脂材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備える
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項7】

前記支持部は、前記光ファイバに接触する接着材料部と、当該接着材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備える
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項8】

前記支持部は、前記光ファイバに接触する磁気吸着材料部と、当該磁気吸着材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備える
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【請求項9】

前記支持板は、金属板または合成樹脂板である
請求項５から請求項８のいずれかに記載されたレーザアニール装置。

【請求項10】

前記樹脂材料部は、樹脂テープである
請求項６に記載されたレーザアニール装置。

【請求項11】

前記支持部は、前記取り付け面と対向した状態で、前記支持部の輪郭内に前記取り付け面が収まるように設定されている
請求項１に記載されたレーザアニール装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザアニール装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバを介してレーザ光を伝送するレーザビーム均一化システムが知られている(例えば、特許文献１参照)。このシステムは、光ファイバの先端からレーザ光を照射して薄膜を結晶化させるアニール技術に用いることが提案されている。この特許文献１には、光ファイバ光路内でのレーザ光の干渉によって発生するレーザ強度分布の変動によるレーザ光のビームスポットにおける模様(以下、スペックルパターンという)を平均化するため、光ファイバの出射端面側に回転する偏光解消板を配置する技術が開示されている。特許文献１には、スペックルパターンの平均化をさらに図るため、上記偏光解消板に加えて、光ファイバを機械的に振動させる手段を併用することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１１２９５３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、光ファイバを機械的に振動させると、光ファイバにおける、振動手段と接触する部分と振動手段と接触しない部分との境界が、短時間で破断されるという課題があった。

【0005】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、スペックルパターンの発生を抑制でき、光ファイバの寿命を長くすることができるレーザアニール装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、レーザ光を出射する光源と、一端部から前記レーザ光が入射され他端部から前記レーザ光を出射するマルチモードの光ファイバと、を備えたレーザアニール装置であって、取り付け面を有する振動源を備え、前記取り付け面に沿って前記光ファイバが配置され、前記取り付け面に配置された領域の前記光ファイバは、剛性を有する保護層で覆われ、前記保護層で覆われた前記光ファイバを前記取り付け面へ向けて押圧する支持部を備えることを特徴とする。

【0007】

上記態様としては、前記保護層と前記支持部との振動伝達率が、前記取り付け面と前記保護層との振動伝達率よりも小さく設定されていることが好ましい。

【0008】

上記態様としては、前記保護層は、金属または合成樹脂でなる筒体であることが好ましい。

【0009】

上記態様としては、前記光ファイバは、前記保護層との間に樹脂材料が充填されていることが好ましい。

【0010】

上記態様としては、前記支持部は、前記光ファイバに接触するゴム材料部と、当該ゴム材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備えることが好ましい。

【0011】

上記態様としては、前記支持部は、前記光ファイバに接触する樹脂材料部と、当該樹脂材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備えることが好ましい。

【0012】

上記態様としては、前記支持部は、前記光ファイバに接触する接着材料部と、当該接着材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備えることが好ましい。

【0013】

上記態様としては、前記支持部は、前記光ファイバに接触する磁気吸着材料部と、当該磁気吸着材料部を前記光ファイバに押し付ける支持板と、を備えることが好ましい。

【0014】

上記態様としては、前記支持板は、金属板または合成樹脂板であることが好ましい。

【0015】

上記態様としては、前記樹脂材料部は、樹脂テープであることが好ましい。

【0016】

上記態様としては、前記支持部は、前記取り付け面と対向した状態で、前記支持部の輪郭内に前記取り付け面が収まるように設定されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、スペックルパターンの発生を抑制でき、光ファイバの寿命を長くすることができるレーザアニール装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部を光ファイバに直交する方向に切断した状態を示す断面図である。

【図3】図３は、図２および図４のIII－III断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部の平面図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部で支持される部分の光ファイバの断面図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部で支持される部分の光ファイバの変形例１を示す断面図である。

【図7】図７は、本実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部に用いる樹脂材料部として樹脂テープを用いた変形例２を示す断面図である。

【図8】図８は、本実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部に磁気吸着材料部を用いた変形例３を示す断面図である。

【図9】図９は、本実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部に接着材料部を用いた変形例４を示す断面図である。

【図10】図１０は、本実施の形態に係るレーザアニール装置において取り付け面の収納溝を大きく形成して収納溝内に光ファイバが埋没するように設定した変形例５を示す断面図である。

【図11】図１１は、本実施の形態に係るレーザアニール装置において支持部を金属製のばね板のみで構成した変形例６を示す断面図である。

【図12】図１２は、レーザアニール装置において、光ファイバを振動させない場合にアニール領域に表れる縦筋パターンが表れる比較例を示す図である。

【図13】図１３は、レーザアニール装置において、保護層および支持部を備えない場合に光ファイバの破断が起こる比較例を示す図である。

【図14】図１４は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の保護層の端部の位置を変更した例を示す断面図である。

【図15】図１５は、本発明の本実施の形態に係るレーザアニール装置における支持部に接着材料部を用いた変形例７を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。

【0020】

[実施の形態]
（レーザアニール装置の概略構成）
図１に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源としての半導体レーザＬＤ（ＬＤ１～ＬＤ３）と、それぞれの半導体レーザＬＤに対応するカップリングレンズ２、３、４と、それぞれのカップリングレンズ２、３、４に対応する複数の光ファイバ１０と、これら光ファイバ１０の中間部に設けられた支持部２０と、第１レンズ５と、第２レンズ６と、を備える。図２に示すように、レーザアニール装置１は、これら光ファイバ１０に振動を伝える振動ヘッド(振動源)２１を備える。なお、半導体レーザＬＤ、カップリングレンズ２、３、４、および光ファイバ１０の数は、任意であり、本実施の形態の数に限定されるものではない。また、本実施の形態では、光源として半導体レーザＬＤを用いるが、他のレーザ光源を用いても勿論よい。

【0021】

カップリングレンズ２、３、４は、それぞれの半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。それぞれのカップリングレンズ２、３、４には、導波路としての光ファイバ１０の一端部が接続されている。本実施の形態では、光ファイバ１０は、マルチモードファイバを適用している。図２および図５に示すように、光ファイバ１０は、コア層１０Ａと、コア層１０Ａの外側に形成されたクラッド層１０Ｂと、で構成されている。

【0022】

第１レンズ５および第２レンズ６は、光ファイバ１０から出射されたレーザ光で形成されたレーザビームＬＢを被処理用の基板７の表面にビームスポットとして結像させる結像光学系を構成している。

【0023】

本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、図示しない基板搬送手段を備え、レーザアニール処理を施す基板７をスキャン方向へ任意の速度で搬送することが可能である。

【0024】

本実施の形態で用いる基板７は、例えば、ガラス基板の表面に非晶質シリコン膜が形成された構造を有するものを適用することができる。本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、基板７の表面の非晶質シリコン膜にレーザビームＬＢを照射することにより、疑似単結晶シリコン膜を形成することを可能にする。

【0025】

なお、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、非晶質シリコン膜のアニールに限定されるものではなく、各種のアニール処理に適用可能である。

【0026】

(振動源)
図２および図３に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１では、振動源としての振動ヘッド２１は、支持部２０に対向するように設けられている。この振動ヘッド２１は、図示しない超音波振動子に一体に設けられ、例えば、直方体形状の金属ブロックで構成されている。この超音波振動子は、図示しない発振器からの高周波電力を超音波振動に変換するもので、例えば電歪型の超音波振動子でなる。なお、本実施の形態に係るレーザアニール装置１では、この超音波振動子の周波数としては、任意の周波数を選択可能であり、例えば、３０ｋＨｚ～４００ｋＨｚの範囲で使用が可能である。なお、本実施の形態においては、超音波振動子の振幅を調整することにより、光ファイバ１０の寿命の改善を図ることが可能である。なお、振動源としては、上記の超音波振動子に限定されるものではない。

【0027】

図２に示すように、振動ヘッド２１の先端面は、取り付け面２２を構成している。この取り付け面２２には、互いに平行をなすように、光ファイバ１０を収納する収納溝２３が等間隔に形成されている。この収納溝２３は、断面形状がＶ字形状であり、光ファイバ１０を収納することにより、光ファイバ１０の位置決めができるようになっている。なお、収納溝２３の内面は、光ファイバ１０に接触して支持する面であり、取り付け面２２の一部を構成している。

【0028】

図２に示すように、本実施の形態において、取り付け面２２を構成する収納溝２３の内面に配置される光ファイバ１０は、内側から順次、合成樹脂層１１、保護層１２で覆われている。なお、本実施の形態では、保護層１２がステンレス鋼(ＳＵＳ)でなる金属パイプで構成されている。合成樹脂層１１は、金属パイプである保護層１２に挿入された光ファイバ１０と保護層１２との間に充填されて固化したものである。例えば、合成樹脂層１１としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。保護層１２は、金属パイプであるため、剛性を有する。また、この保護層１２は、合成樹脂層１１を介在したことによって光ファイバ１０と一体的に設けられている。

【0029】

本実施の形態においては、合成樹脂層１１および保護層１２は、振動ヘッド２１における、光ファイバ１０の延在方向の両側の縁よりも側方に延びるように形成されている。図３は、保護層１２が振動ヘッド２１の両端の縁よりも側方に延びていることを示している。

【0030】

(支持部の構造)
図２から図４に示すように、支持部２０は、振動ヘッド２１における光ファイバ１０の延在方向と直交する方向の両側に振動ヘッド２１を挟むように配置された一対の縦板２４と、これら縦板２４の上端部に架設された支持板２５と、シート状のゴム材料部２６と、から構成されている。なお、支持板２５は、縦板２４の上端面に押さえねじ２７で固定されている。支持板２５としては、金属板や合成樹脂板を適用することができる。ゴム材料部２６としては、例えばシリコーンゴム、ウレタンゴムなどの材料で形成されている。

【0031】

そして、ゴム材料部２６は、所定の圧力で保護層１２および合成樹脂層１１を含めて光ファイバ１０を収納溝２３内の内壁に押し付けるように設定されている。ここで、所定の圧力が大き過ぎると、光ファイバが発熱したり、変形したりするおそれがある。光ファイバが発熱すると、断線の原因となってしまう。また、光ファイバが変形すると、光のパワーロスに繋がる。したがって、所定の圧力としては、超音波振動子のパワーロスが発生しない程度の圧力以下にすることが好ましい。

【0032】

図３に示すように、縦板２４は、振動ヘッド２１における光ファイバ１０の延在方向において振動ヘッド２１よりも長く設定され、光ファイバ１０の延在方向において振動ヘッド２１の両側方に延びるように配置されている。図４に示すように、本実施の形態おいて、支持板２５は、振動ヘッド２１の取り付け面２２の全体と対向した状態で、この支持板２５の輪郭内に取り付け面２２が収まるように、取り付け面２２よりも大きな長方形に設定されている。なお、本実施の形態では、図１４に示すように、保護層１２の厚みにより光ファイバ１０が振動ヘッド２１に直接触れない状況であれば保護層１２の端部が振動ヘッド２１や支持部２０の端部よりも内側にあってもよい。

【0033】

上述の構造を有する支持部２０においては、保護層１２と、支持部２０の一部であるゴム材料部２６と、の間の振動伝達率が、振動ヘッド２１の取り付け面 (収納溝２３の内面を含む)２２と、保護層１２と、の間の振動伝達率よりも小さくなるように設定されている。ここで、振動伝達率とは、支持点の反力の大きさと、振動源側から入力される力の比で定義される。つまり、振動を受ける側の支持点に伝える振動の力をどのくらい低減できているかを表すパラメータである。

【0034】

(支持部における作用)
支持部２０において支持された光ファイバ１０は、光ファイバ１０と一体に設けられた剛性を有する保護層１２を備えるため、振動ヘッド２１の振動により振動ヘッド２１の縁の部分で光ファイバ１０が破断することを防止する作用がある。なお、図１３は、保護層１２などを設けない光ファイバ１０を振動ヘッド２１に配置した比較例を示すものであり、振動ヘッド２１の縁の部分で破断Ｂが発生した状態を示している。

【0035】

また、上述したように、光ファイバ１０および合成樹脂層１１に一体に設けられた保護層１２と、支持部２０の一部であるゴム材料部２６との間の振動伝達率が、振動ヘッド２１の取り付け面 (収納溝２３の内面を含む)２２と、保護層１２との間の振動伝達率よりも小さくなるように設定したことにより、以下の作用を奏する。すなわち、光ファイバ１０側へ振動ヘッド２１側からの振動が確実に伝わるとともに、光ファイバ１０側から支持部２０側へは振動が伝わりにくくなり、光ファイバ１０側は支持部２０側からの反力が弱まる。

【0036】

したがって、本実施の形態においては、光ファイバ１０へ振動を効率的に伝達できるため、光ファイバ光路内でのレーザ光の干渉によって発生するレーザ強度分布の変動によるレーザ光のビームスポットにおける模様(以下、スペックルパターンという)を効率的に平均化することができる。図１２は、振動ヘッド２１を備えないレーザアニール装置により、基板７の表面に形成した非晶質シリコン膜にアニール処理を行なった場合のアニール処理領域を示している。この図１２において、二点鎖線で示すレーザビームＬＢは、基板７上に照射される細長いビームスポットを示す。矢印Ｓは、ビームスポットの相対的なスキャン方向を示す。図１２に示すように、振動ヘッド２１を備えない比較例では、スペックルパターンの均一化が行われないため、縦筋パターン３２が発生するという課題が残る。

【0037】

また、本実施の形態に係るレーザアニール装置１では、光ファイバ１０の振動に伴う支持部２０側からの反力が弱まるため、保護層１２での保護作用に加えて光ファイバ１０側のうねり動作の発生を抑制でき、ダメージの発生を防止できる。

【0038】

（変形例１）
図６は、本実施の形態における変形例１を示している。この変形例１では、光ファイバ１０において、上記の支持部２０に対応する領域に、金属パイプでなる保護層１２を設けずに、剛性を有する合成樹脂層１１のみを設けた構成であり、他の構成は上記の実施の形態と同様である。この変形例１では、合成樹脂層１１が剛性を有するため、上記の実施の形態と同様に光ファイバ１０を保護する作用と、支持部２０側からの反力を抑える作用を有し、同様の効果を得ることができる。

【0039】

（変形例２）
図７は、本実施の形態における変形例２を示している。この変形例２は、上記の実施の形態において用いたゴム材料部２６を、樹脂材料部としての樹脂テープ２８に替えた構成であり、他の構成は上記の実施の形態と同様である。樹脂テープ２８の厚さなどを調整することにより、上記の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。

【0040】

（変形例３）
図８は、本実施の形態における変形例３を示している。この変形例３は、上記の実施の形態において用いたゴム材料部２６を、磁気吸着材料部２９に替えた構成である。この磁気吸着材料部２９の材料として、例えばゴム材料に磁石粉末を混ぜたゴム磁石であってもよい。なお、この変形例３においては、振動ヘッド２１の取り付け面２２に形成した収納溝２３が、光ファイバ１０を取り囲む保護層１２の上端まで収納できる深さに設定され、保護層１２の上端が磁気吸着材料部２９の下面と接触するように設定されている。この変形例３においても、光ファイバ１０を保護する作用と、支持部２０側からの反力を抑える作用を有し、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0041】

（変形例４）
図９は、本実施の形態における変形例４を示している。この変形例４は、振動ヘッド２１の上に収納溝２３を形成せずに、光ファイバ１０を平行に並べ、これら光ファイバ１０を接着材料部３０で固定している。この変形例４における他の構成は、上記の実施の形態と同様である。

【0042】

（変形例５）
図１０は、本実施の形態における変形例５を示している。この変形例５は、上記の実施の形態と同様にゴム材料部２６を用いる。なお、この変形例５においては、振動ヘッド２１の取り付け面２２に形成した収納溝２３が、光ファイバ１０を取り囲む保護層１２の上端まで収納できる深さに設定され、保護層１２の上端がゴム材料部２６の下面と接触するように設定されている。このような構成としても、光ファイバ１０を保護する作用と、支持部２０側からの反力を抑える作用を有し、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0043】

（変形例６）
図１１は、本実施の形態における変形例６を示している。この変形例６は、上記の実施の形態におけるゴム材料部２６を省略し、保護層１２を有する光ファイバ１０の上にばね板２５Ａを押し付けるように設け、このばね板２５Ａが上記の実施の形態における支持部２０とゴム材料部２６との機能を兼ね備える。すなわち、ばね板２５Ａは、保護層１２に対して所定の圧力を加え、光ファイバ１０側の振動に伴う反力を小さくするクッション材としての機能を有する。

【0044】

（変形例７）
図１５は、本実施の形態における変形例７を示している。この変形例７は、振動ヘッド２１の上に複数の収納溝２３を平行に形成し、それぞれの収納溝２３に光ファイバ１０を配置して複数の光ファイバ１０を平行に並べ、これら光ファイバ１０を接着材料部３０で固定している。この変形例７における他の構成は、上記の実施の形態と同様である。

【0045】

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明は、付随する様々な実施例や代替手段を包含している。

【0046】

例えば、上記の実施の形態および変形例の多くは、振動ヘッド２１の取り付け面２２として断面がＶ字形状の収納溝２３を形成する面（内面）としたが、取り付け面２２で構成される断面がＵ字形状、矩形状などの他の形状としてもよい。

【符号の説明】

【0047】

ＬＤ 半導体レーザ（光源）
１ レーザアニール装置
２，３，４ カップリングレンズ
５ 第１レンズ
６ 第２レンズ
７ 基板
１０ 光ファイバ
１０Ａ コア層
１０Ｂ クラッド層
１１ 合成樹脂層
１２ 保護層
２０ 支持部
２１ 振動ヘッド（振動源）
２２ 取り付け面
２３ 収納溝
２４ 縦板
２５ 支持板
２５Ａ ばね板
２６ ゴム材料部
２７ 押さえねじ
２８ 樹脂テープ（樹脂材料部）
２９ 磁気吸着材料部
３０ 接着材料部
３１ アニール領域
３２ 縦筋パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】