特許 7051099 レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-01

(45)【発行日】2022-04-11

(54)【発明の名称】レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20220404BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20220404BHJP

   G01J 4/04 20060101ALI20220404BHJP

   H01L 21/268 20060101ALI20220404BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20220404BHJP

【ＦＩ】

G01J1/02 K

H01S3/00 G

G01J4/04 Z

H01L21/268 T

H01L21/20

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018142967

(22)【出願日】2018-07-30

(65)【公開番号】P2020020610

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-06-17

(73)【特許権者】

【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】110002516

【氏名又は名称】特許業務法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】水村 通伸

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１４２２６８１８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開昭５９－５８８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２６１１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１４７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／２０８７５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００３８２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ １／００ － Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００ － Ｇ０１Ｊ １１／００

Ｈ０１Ｓ ３／００ － Ｈ０１Ｓ ３／０２

Ｈ０１Ｓ ３／０４ － Ｈ０１Ｓ ３／０９５９

Ｈ０１Ｓ ３／０９８ － Ｈ０１Ｓ ３／１０２

Ｈ０１Ｓ ３／１０５ － Ｈ０１Ｓ ３／１３１

Ｈ０１Ｓ ３／１３６ － Ｈ０１Ｓ ３／２１３

Ｈ０１Ｓ ３／２３ － Ｈ０１Ｓ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタにより反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２ビームスプリッタと、
前記第２ビームスプリッタにより反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定部と、
前記第２ビームスプリッタを透過した透過光のエネルギを測定する第２測定部と、を備えているレーザエネルギ測定装置。

【請求項2】

前記第１ビームスプリッタは、前記第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうち、Ｐ偏光反射を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザエネルギ測定装置。

【請求項3】

照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１偏光工程と、
前記第１偏光工程で反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２偏光工程と、
前記第２偏光工程で反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定工程と、
前記第２偏光工程で透過した透過光のエネルギを測定する第２測定工程と、を備えているレーザエネルギ測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光源からの照射されたレーザ光を照明光学系により拡張し、基板に照射することで、基板上に薄膜を形成するレーザ照射装置が知られている。
このようなレーザ照射装置として、下記特許文献１には、レーザ光を偏光させて照射する構成が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－１０１２０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなレーザ照射装置では、照明光学系の内部で例えばＰ偏光反射された反射光を、さらにＳ偏光反射させて、出力を評価することが行われている。しかしながらこの場合、偏光成分がキャンセルされることで、光源からの出力の変化を、反射光の出力の変化により評価することができるが、照明光学系の内部における偏光特性を評価できないという問題があった。

【0005】

そこで本発明は、光源からの出力と、照明光学系の内部における偏光特性と、を同時に評価することで、基板に照射されるレーザ光を正確に評価することができるレーザエネルギ測定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】

上記課題を解決するために、本発明のレーザエネルギ測定装置は、照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１ビームスプリッタと、前記第１ビームスプリッタにより反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２ビームスプリッタと、前記第２ビームスプリッタにより反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定部と、前記第２ビームスプリッタを透過した透過光のエネルギを測定する第２測定部と、を備えている。

【0007】

また、第２ビームスプリッタは、第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうち、Ｐ偏光反射を行ってもよい。

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のレーザエネルギ測定方法は、照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１偏光工程と、前記第１偏光工程で反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２偏光工程と、前記第２偏光工程で反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定工程と、前記第２偏光工程で透過した透過光のエネルギを測定する第２測定工程と、を備えている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、レーザエネルギ測定装置が、第１測定部と第２測定部とを備えている。このため、第１測定部において、偏光成分がキャンセルされた光源からの出力を評価できるとともに、第２測定部において、照明光学系の内部における偏光特性を評価することができる。これらの結果を用いて、基板に照射されるレーザ光を正確に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ照射装置およびレーザエネルギ測定装置のブロック図である。

【図2】レーザ光の偏光の状態を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ照射装置１およびレーザエネルギ測定装置４０のブロック図である。なお、図１では、照明光学系１２の内部の構成については、様々な構成が想定されるため、図示を省略している。

【0012】

図１に示すように、レーザ照射装置１は、レーザ光Ｌを発生する光源１０と、照明光学系１２と、投影レンズ２０と、投影マスク３０と、を備えている。
レーザ照射装置１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体装置の製造工程において、例えば、基板１５上のチャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射してアニール処理し、当該チャネル領域形成予定領域を多結晶化するための装置である。

【0013】

レーザ照射装置１は、例えば、液晶表示装置の周辺回路などの画素の薄膜トランジスタを形成する際に用いられる。このような薄膜トランジスタを形成する場合、まず、基板１５上にＡｌ等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。
そして、低温プラズマＣＶＤ法により、基板１５上の全面にＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜を形成する。

【0014】

その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン薄膜を形成する。すなわち、基板１５の全面にアモルファスシリコン薄膜が成膜（被着）される。最後に、アモルファスシリコン薄膜上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜を形成する。
そして、図１に例示するレーザ照射装置１により、アモルファスシリコン薄膜のゲート電極上の所定の領域（薄膜トランジスタにおいてチャネル領域となる領域）にレーザ光を照射してアニール処理し、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。なお、基板１５には、例えばガラス基板等を採用することができるが、必ずしもガラス素材である必要はなく、樹脂などの素材で形成された樹脂基板など、どのような素材を採用してもよい。

【0015】

図１に示すように、レーザ照射装置１において、光源１０から出射されたレーザ光Ｌは、照明光学系１２によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。
照明光学系１２の内部には、第１ビームスプリッタ１３が設けられている。第１ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により、レーザ光Ｌを反射および透過する。これにより、第１反射光Ｌ１が生成される。本実施形態では、第１ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光反射を行う。なお、第１ビームスプリッタ１３は、照明光学系１２の外部に設けられてもよい。
また、レーザ光Ｌのうち、第１ビームスプリッタ１３を透過した成分は、照射光Ｌ４として投影レンズ２０を通して基板１５に照射される。

【0016】

光源１０は、例えば、波長が３０８ｎｍや２４８ｎｍなどのレーザ光Ｌを、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。なお、波長は、これらの例に限られず、どのような波長であってもよい。

【0017】

その後、照射光Ｌ４は、投影レンズ（マイクロレンズアレイ）２０上に設けられた投影マスク３０を透過し、複数のレーザ光に分離され、基板１５に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射される。
基板１５に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射光Ｌ４が照射されると、当該アモルファスシリコン薄膜が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜となる。

【0018】

なお、投影レンズ２０として、マイクロレンズアレイを用いた例を説明したが、必ずしもマイクロレンズアレイを用いる必要はなく、投影レンズ２０として単レンズを用いてもよい。
投影レンズ２０には、レーザ光Ｌを透過させる投影マスク３０が配置されている。

【0019】

次に、前述したレーザ照射装置１の出力を評価する本発明のレーザエネルギ測定装置４０について説明する。
図１に示すように、レーザエネルギ測定装置４０は、第２ビームスプリッタ４１、第１測定部４２、および第２測定部４３を備えている。

【0020】

第２ビームスプリッタ４１は、第１反射光Ｌ１に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうち、第１ビームスプリッタ１３とは異なる偏光反射を施して、第２反射光Ｌ２と透過光Ｌ３とを生成する。本実施形態では第２ビームスプリッタ４１は、Ｓ偏光反射を行う。
ここで、本実施形態では、第１ビームスプリッタ１３および第２ビームスプリッタ４１はガラス板であり、レーザ光Ｌおよび第１反射光Ｌ１を分離する過程において、必然的に偏光特性を持ってしまう。
第１測定部４２は、第２反射光Ｌ２のエネルギを測定し、第２測定部４３は、透過光Ｌ３のエネルギを測定する。

【0021】

また、レーザエネルギ測定装置４０はミラー４４を備えている。ミラー４４は、透過光Ｌ３を反射して、第２測定部４３に照射する。なお、レーザエネルギ測定装置４０はミラー４４を備えていなくてもよい。

【0022】

すなわち、本実施形態に係るレーザエネルギ測定方法では、第２ビームスプリッタ４１により第１反射光Ｌ１を偏光される偏光工程と、第１測定部４２により第２反射光Ｌ２を測定する第１測定工程と、第２測定部４３により透過光Ｌ３を測定する第２測定工程と、を備えている。

【0023】

次に、本発明のレーザエネルギ測定装置４０を用いた測定結果について説明する。
この測定では、Ｐ偏光の状態における出力の狙い値が１００［ｍＪ］である光源１０からのレーザ光Ｌが、レーザ内部あるいは照明光学系１２における屈折率のひずみにより、Ｐ偏光が乱れた場合を、図２に示す各偏光状態と仮定した。
そして、それぞれの状態において、第１測定部４２および第２測定部４３でエネルギを評価した。さらに、第１測定部４２および第２測定部４３それぞれで得られた測定結果をもとに、既知の下記式（１）に従って、基板１５に照射される照射光Ｌ４の出力値Ｐを算出した。その結果を表１に示す。
Ｐ＝ａ×Ａ－（Ａ＋０．９Ａ＋Ｂ）
Ｐ：照射光Ｌ４の出力値［ｍＪ］、ａ：係数＝４５５．４２０２［－］
Ａ：第１測定部４２で測定した第２反射光Ｌ２の出力値［ｍＪ］
Ｂ：第２測定部４３で測定した透過光Ｌ３の出力値［ｍＪ］

【0024】

【表1】

【0025】

表１に示すように、第１測定部４２で測定した第２反射光Ｌ２の出力値Ａは、偏光の程度にかかわらず、一定の値が測定されている。これはすなわち、光源１０からの出力が一定であることを意味している。
一方、第２測定部４３で測定した透過光Ｌ３の出力値Ｂは、偏光の程度によって変化している。これはすなわち、第１ビームスプリッタ１３によりＰ偏光された第１反射光Ｌ１を、さらに第２ビームスプリッタ４１によりＳ偏光することなく、透過光Ｌ３として測定していることにより、照明光学系１２内における偏光乱れによるエネルギ変動成分を評価することができていることを意味している。

【0026】

従って、これらの値Ａ、Ｂを基に算出した照射光Ｌ４の出力値Ｐを確認することで、光源１０の出力、および照明光学系１２内の偏光乱れを、両方とも評価できていることとなる。
すなわち、例えば表１の偏光７における照射光Ｌ４の出力値Ｐが８４．４５５［ｍＪ］であるため、光源１０の出力を調整することで、この値を、偏光が無い状態における狙い値である１００［ｍＪ］に近づけることができる。

【0027】

以上説明したように、本実施形態に係るレーザエネルギ測定装置４０は、第１測定部４２と第２測定部４３とを備えている。このため、第１測定部４２において、偏光成分がキャンセルされたレーザ光の出力を評価できるとともに、第２測定部４３において、偏光成分が残っているレーザ光の出力を評価することができる。これらの結果を用いて、レーザ光の出力を正確に評価することができる。

【0028】

なお、上記実施形態は、本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態に対して種々の変形を行ってもよい。

【0029】

例えば、上記実施形態においては、第１ビームスプリッタ１３がＰ偏光反射を行い、第２ビームスプリッタ４１がＳ偏光反射を行う構成を示したが、このような態様に限られない。すなわち、第１ビームスプリッタ１３と第２ビームスプリッタ４１との偏光反射の種類が異なっていればよく、第１ビームスプリッタ１３がＳ偏光反射を行い、第２ビームスプリッタ４１がＰ偏光反射を行ってもよい。

【0030】

また、前述した変形例に限られず、これらの変形例を選択して適宜組み合わせてもよいし、その他の変形を施してもよい。

【符号の説明】

【0031】

１ レーザ照射装置
１０ 光源
１３ 第１ビームスプリッタ
１５ 基板
４０ レーザエネルギ測定装置
４１ 第２ビームスプリッタ
４２ 第１測定部
４３ 第２測定部

【図1】

【図2】