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JP3402124B2 - Beam homogenizer and method for producing semiconductor thin film - Google Patents
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JP3402124B2 - Beam homogenizer and method for producing semiconductor thin film - Google Patents

Beam homogenizer and method for producing semiconductor thin film

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JP3402124B2
JP3402124B2 JP14679597A JP14679597A JP3402124B2 JP 3402124 B2 JP3402124 B2 JP 3402124B2 JP 14679597 A JP14679597 A JP 14679597A JP 14679597 A JP14679597 A JP 14679597A JP 3402124 B2 JP3402124 B2 JP 3402124B2
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angular magnification
light
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ray bundle
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光線束の断面内強
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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam homogenizer for controlling the cross-sectional intensity distribution of a light beam and a method for manufacturing a semiconductor thin film using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリンダアレイ型のビームホモジナイザ
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。
2. Description of the Related Art A cylinder array type beam homogenizer is composed of a front cylinder array, a rear cylinder array, and a focus lens. Each cylinder array is configured by arranging a plurality of equivalent convex cylindrical lenses in a direction perpendicular to the optical axis and the generatrix of the columnar surface. The optical axes of the respective cylindrical lenses of the cylinder array of the former stage are arranged so as to coincide with the optical axes of the corresponding cylindrical lenses of the cylinder array of the latter stage. In this specification, the optical axis of the cylindrical lens means an axis that is included in the plane of symmetry of the cylindrical lens and is orthogonal to the cylindrical surface.

【0003】前段のシリンダアレイにその光軸に平行な
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。
When a bundle of rays parallel to the optical axis thereof is incident on the cylinder array in the preceding stage, the bundle of incident rays is converged by each cylindrical lens. Each converged ray bundle is again converged by each cylindrical lens of the cylinder array in the subsequent stage. In this way, the two cylinder arrays divide the incident ray bundle into as many small ray bundles as the number of cylindrical lenses.

【0004】得られた小光線束は、2つのシリンダアレ
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。
The obtained light beam bundle becomes divergent light, parallel light, or convergent light depending on the relative positions of the two cylinder arrays. By superimposing each small ray bundle on a certain surface using the focus lens group, it is possible to make the light intensity distribution in the irradiation region uniform (homogenize).

【0005】このビームホモジナイザでホモジナイズさ
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。
There is known a technique in which an amorphous silicon film is irradiated with a pulsed laser beam homogenized by this beam homogenizer to polycrystallize it. Hereinafter, this polycrystallization technique will be described.

【0006】この技術では、通常2対のシリンダアレイ
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。
In this technique, usually two pairs of cylinder arrays are used. When considering an XY orthogonal coordinate system in the homogenizing plane, one pair of cylinder arrays homogenizes in the X-axis direction in the homogenizing plane, and another pair of cylinder arrays homogenizes in the Y-axis direction. The size of the irradiation area on the homogenized surface can be changed by changing the interval between each pair of cylinder arrays.

【0007】各対のシリンダアレイの間隔を調節してホ
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。
By adjusting the distance between each pair of cylinder arrays, the irradiation area on the homogenized surface forms a long beam which is long in the X-axis direction. The substrate on which the amorphous silicon film is formed is moved in the Y-axis direction so that this irradiation region partially overlaps the region irradiated by the previous pulse irradiation. In this way, a desired region of the amorphous silicon film can be polycrystallized by irradiating a wide range with laser light.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】アモルファスシリコン
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。
The irradiation region on the amorphous silicon film has a length of 200 mm and a width of 0.5 m, for example.
It is an elongated area of about m. This region is moved in the width direction by 0.05 mm for each pulse. If the position of the irradiation area on the surface of the silicon film deviates from the desired position, the amount of overlap between the area irradiated by the pulse irradiation and the irradiation area this time changes, making it difficult to obtain a high-quality polycrystalline silicon film. become.

【0009】本発明の目的は、ビーム照射位置の変動の
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。
An object of the present invention is to provide a beam homogenizer with less fluctuation of the beam irradiation position and a method of manufacturing a semiconductor thin film using the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
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、被照
射物の表面上に達するまでは、光線束を均質化させるこ
となく、該被照射物の表面上の、第1の方向に長く第2
の方向に短い線状の領域に直接ホモジナイズさせるホモ
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
み、少なくとも前記第2の方向に平行な仮想平面内に
関する角倍率が1未満である角倍率変換光学系とを有
し、前記角倍率変換光学系により角倍率を1未満にされ
た光線束が前記ホモジナイズ光学系に入射するビームホ
モジナイザが提供される。
According to one aspect of the present invention, when a parallel ray bundle is incident, the light intensity distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of the incident ray bundle is made to approach uniformly, and the surface of the object to be irradiated is illuminated. Until it reaches the upper side, the light beam is not homogenized, and the second beam is long in the first direction on the surface of the object to be irradiated.
A homogenizing optical system for directly homogenized short linear region in the direction of the disposed on the incident side of the homogenizing optical system converts the angular magnification of the light beam, see <br/> including the optical axis of the light flux , At least an angular magnification conversion optical system having an angular magnification of less than 1 with respect to an imaginary plane parallel to the second direction.
The angular magnification conversion optical system reduces the angular magnification to less than 1.
A beam homogenizer is provided in which a bundle of rays is incident on the homogenizing optical system .

【0011】角倍率変換光学系に入射する平行光線束の
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。
When the optical axis of the parallel ray bundle incident on the angular magnification conversion optical system is deviated from the reference direction, the deviation angle of the optical axis of the emitted parallel ray bundle from the reference direction is the deviation angle of the incident ray bundle. Will be smaller than. Therefore, it is possible to reduce the displacement of the irradiation region on the homogenized surface by the homogenizing optical system.

【0012】[0012]

【0013】照射領域の位置ずれを少なくできるため、
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。
Since the displacement of the irradiation area can be reduced,
Positional deviation of the laser light applied to the semiconductor thin film is reduced, and stable laser light irradiation is possible.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるビ
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。
1 shows a cross-sectional view of a beam homogenizer according to an embodiment of the invention. Xy with the z-axis being the direction parallel to the optical axis of the bundle of rays incident on the beam homogenizer
Consider the z Cartesian coordinate system. 1A is a cross-sectional view parallel to the xz plane, and FIG. 1B is a cross-sectional view parallel to the yz plane.
The beam homogenizer according to the embodiment includes an angular magnification conversion optical system AF and a homogenizing optical system HN. The homogenizing optical system HN includes cylinder arrays 1A, 1B, 2
A, 2B, a converging lens 3, and a relative position adjusting mechanism 5 are included.

【0015】図1(A)に示すように、シリンダアレイ
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。
As shown in FIG. 1A, each of the cylinder arrays 1A and 1B is composed of seven equivalent cylindrical lenses. The optical axis of each cylindrical lens is parallel to the z-axis, and the generatrix of the cylindrical surface is parallel to the y-axis.
Here, the optical axis of the cylindrical lens means an axis that is included in the plane of symmetry of the cylindrical lens of the image forming system and is perpendicular to the cylindrical surface. The cylindrical lenses arranged in this way are arranged along the virtual plane parallel to the xy plane with the edge surfaces in close contact with each other. The cylinder array 1A is arranged on the light incident side (left side in the drawing), and the cylinder array 1B is arranged on the emitting side (right side in the drawing). In addition, each cylindrical lens of the cylinder array 1A is
It is arranged so as to share the optical axis with the corresponding cylindrical lens of the cylinder array 1B.

【0016】図1(B)に示すように、シリンダアレイ
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。
As shown in FIG. 1B, each of the cylinder arrays 2A and 2B is composed of seven equivalent cylindrical lenses. The optical axis of each cylindrical lens is parallel to the z-axis, and the generatrix of the cylindrical surface is parallel to the x-axis.
The cylindrical lenses arranged in this way are arranged along the virtual plane parallel to the xy plane with the edge surfaces in close contact with each other. The cylinder array 2A is arranged on the incident side of the cylinder array 1A, and the cylinder array 2B is arranged between the cylinder arrays 1A and 1B. Further, each cylindrical lens of the cylinder array 2A is arranged so as to share the optical axis with the corresponding cylindrical lens of the cylinder array 2B.

【0017】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との間隔が、相対位置調節機
構5により所望の値に設定される。
The relative position adjusting mechanism 5 sets the distance between the cylinder arrays 1A and 1B and the distance between the cylinder arrays 2A and 2B to desired values.

【0018】シリンダアレイ1Bの出射側に、収束レン
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。
A converging lens 3 is arranged on the exit side of the cylinder array 1B. The optical axis of the converging lens 3 is also parallel to the z axis.

【0019】ホモジナイズ光学系HNの前方に角倍率変
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。
An angular magnification conversion optical system AF is arranged in front of the homogenizing optical system HN. Angular magnification conversion optical system AF
Converts the angular magnification of the bundle of rays. The angular magnification γ is less than 1. A configuration example of the angular magnification conversion optical system AF will be described later.

【0020】図1(A)を参照して、xz面内に関する
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。
With reference to FIG. 1 (A), the manner of propagation of a ray bundle in the xz plane will be described. In the xz plane,
Since the cylinder arrays 2A and 2B are equivalent to a simple flat plate, they do not affect the convergence and divergence of the light beam. A parallel light bundle 10 having an optical axis parallel to the z axis is an angular magnification conversion optical system AF.
Incident on. The angular magnification conversion optical system AF converts the angular magnification and emits the parallel light flux 11. The incident ray bundle 10 has, for example, a light intensity distribution that is strong in the central portion and weak in the peripheral portion.

【0021】角倍率変換光学系AFを透過した平行光線
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。
The parallel light beam bundle 11 that has passed through the angular magnification conversion optical system AF passes through the cylinder array 2A and enters the cylinder array 1A. The incident ray bundle is divided by the cylinder array 1A into seven convergent ray bundles corresponding to the respective cylindrical lenses. In FIG. 1A, only the light fluxes at the center and both ends are shown as a representative. The ray bundle converged by the cylinder array 1A is further converged by the cylinder array 1B.

【0022】シリンダアレイ1Bにより収束された7つ
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。
The seven convergent light bundles 12 converged by the cylinder array 1B are condensed in front of the converging lens 3, respectively. This condensing position is closer to the lens than the incident side focal point of the converging lens 3. Therefore, the seven ray bundles that have passed through the converging lens 3 become divergent ray bundles and overlap on the homogenizing surface 4.

【0023】ホモジナイズ面4を照射する各光線束のx
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。
X of each ray bundle illuminating the homogenized surface 4
The light intensity distribution in the axial direction is similar to the light intensity distribution of the corresponding portion of the light bundle 10. The light intensity of the ray bundle 10 is strong near the center and weak near the periphery, but by dividing this ray bundle 10 into small ray bundles and superimposing the respective ray bundles, the light intensity distribution in the irradiation region is made closer to uniform. You can (homogenize).

【0024】図1(B)を参照して、yz面内に関する
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。
With reference to FIG. 1B, the manner in which the ray bundle propagates in the yz plane will be described. The incident ray bundle 10 enters the angular magnification conversion optical system AF. Angular magnification conversion optical system AF
Converts the angular magnification and emits a bundle of parallel rays 11.

【0025】平行光線束11がシリンダアレイ2Aに入
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。
The parallel ray bundle 11 enters the cylinder array 2A. The parallel ray bundle 11 is divided into seven convergent ray bundles corresponding to the respective cylindrical lenses by the cylinder array 2A. In FIG. 1B, only the light fluxes at the center and both ends are shown as a representative. In the yz plane, since the cylinder arrays 1A and 1B are equivalent to simple flat plates, they do not affect the convergence and divergence of the light flux.

【0026】各光線束は、シリンダアレイ2Bの前方で
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。
Each ray bundle is condensed in front of the cylinder array 2B and becomes a divergent ray bundle and enters the cylinder array 2B. The respective bundles of rays that have entered the cylinder array 2 </ b> B are emitted at the same exit angle and enter the converging lens 3.

【0027】収束レンズ3を透過した各光線束はそれぞ
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。
The bundles of rays that have passed through the converging lens 3 become bundles of convergent rays, which overlap on the homogenized surface 4. The light intensity distribution in the y-axis direction of the seven ray bundles that illuminate the homogenized surface 4 approaches a uniform distribution as in the case of FIG. Since each ray bundle transmitted through the convergent lens 3 is a convergent ray bundle, the length of the irradiation area on the homogenized surface 4 in the y-axis direction is shorter than the length in the x-axis direction.
Therefore, the light irradiation area on the homogenized surface 4 has a linear shape that is long in the x-axis direction and short in the y-axis direction.

【0028】ホモジナイズ面におけるビーム幅、すなわ
ち光照射領域の幅Wは、収束レンズ3の焦点距離を
F 、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。
The beam width on the homogenized surface, that is, the width W of the light irradiation region, is defined by the focal length of the converging lens 3 f F , the combined focal length of the cylindrical lenses forming the cylinder array f C , and each cylindrical structure forming the cylinder array. W = (f F where d is the lens width of the lens
/ F C ) d. The width of the light irradiation region can be changed by adjusting the interval between the corresponding cylinder arrays to change the combined focal length f C of the cylinder arrays.

【0029】図1(A)及び1(B)に示すビームホモ
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。
In the case of the beam homogenizer shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), by changing the distance between the cylinder arrays 1A and 1B, the length of the light irradiation region in the long axis direction is changed to change the cylinder length. The width in the minor axis direction can be changed by changing the distance between the arrays 2A and 2B.
By using the beam homogenizer shown in FIGS. 1A and 1B, a long axial region in the y-axis direction can be irradiated almost uniformly.

【0030】レーザ発振器の光共振器を構成するミラー
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。
The traveling direction of the bundle of parallel rays 10 is z due to the vibration of the mirror constituting the optical resonator of the laser oscillator and the vibration of the optical system from the laser oscillator to the angular magnification conversion optical system AF.
It may deviate from the axis. Since the angular magnification conversion optical system AF has an angular magnification of less than 1, the deviation angle between the traveling direction of the parallel ray bundle 11 that has passed through the angular magnification conversion optical system AF and the z axis is the same as the traveling direction of the parallel ray bundle 10 and z. It is smaller than the angle of deviation from the axis.

【0031】ホモジナイズ光学系HNに入射する光線束
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。
When the traveling direction of the bundle of rays 11 entering the homogenizing optical system HN deviates from the z axis, the homogenizing surface 4
The upper irradiation position deviates from the reference position. Even if the traveling direction of the incident light bundle 10 is deviated from the z-axis, the deviation angle of the light bundle 11 can be reduced by the angular magnification conversion optical system AF. Therefore, the deviation amount of the irradiation position is reduced, and the positional stability of the irradiation region can be improved.

【0032】なお、図1(A)及び1(B)に示す収束
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。
Even if the focal length of the converging lens 3 shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B) is shortened, the displacement of the irradiation area can be reduced. However, if it is attempted to shorten the focal length of the converging lens 3 without changing the length of the irradiation region in the long axis direction, the angle of view in the long axis direction (in the xz plane) of the irradiation region becomes large, which is not preferable. Further, since it is necessary to shorten the distance between the homogenizing optical system HN and the homogenizing surface 4, there are many restrictions on the arrangement of the device.
By inserting the angular magnification conversion optical system AF as in the above embodiment, the positional stability of the irradiation region can be enhanced without shortening the focal length of the converging lens 3.

【0033】次に、図1(A)及び1(B)に示すビー
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。
Next, a method for polycrystallizing an amorphous silicon film by using the beam homogenizer shown in FIGS. 1A and 1B will be described. A substrate having an amorphous silicon film formed on the surface thereof is arranged so that the surface thereof coincides with the homogenized surface 4. The converging lens 3
Within the range of the depth of field of, the homogenized surface may be shifted back and forth. By adjusting the distance between the cylinder arrays 1A and 1B and the distance between the cylinder arrays 2A and 2B, the irradiation area on the homogenized surface 4 is formed into a shape having a desired length and width. The substrate is moved in the y-axis direction so that the irradiation region of the laser light partially overlaps the irradiation region of the previous pulse irradiation. The laser-irradiated region of the amorphous silicon film is melted and solidified to be polycrystallized.

【0034】光線束10の進行方向のずれによる照射位
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。
The deviation of the irradiation position due to the deviation of the traveling direction of the light bundle 10 can occur in both the major axis direction and the minor axis direction of the irradiation area. However, the misalignment in the long axis direction causes almost no problem when the amorphous silicon film is polycrystallized. Therefore, the angular magnification conversion optical system AF has an angular magnification of less than 1 on the yz plane shown in FIG.
The angular magnification with respect to the xz plane shown in FIG.

【0035】次に、図2を参照して、角倍率変換光学系
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。
Next, an example of the configuration of the angular magnification conversion optical system will be described with reference to FIG. The xyz coordinates shown in FIGS. 2 (A) to 2 (D) are xy shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B).
It is the same as the z coordinate.

【0036】図2(A)は、ケプラータイプのアフォー
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。
FIG. 2A shows an example using a Kepler-type afocal system. Convex cylindrical lens 21
And 22 are arranged so as to form a confocal system with each other. The optical axes of the cylindrical lenses 21 and 22 are parallel to the z axis, and the generatrix of the cylindrical surface is parallel to the x axis.

【0037】シリンドリカルレンズ21と22の共焦点
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。
A light shielding plate 23 is arranged along a focal plane including the confocal points of the cylindrical lenses 21 and 22.
The light shield plate 23 is provided with slits parallel to the x axis at positions corresponding to the optical axes of the cylindrical lenses 21 and 22. By making the focal length of the incident side cylindrical lens 21 shorter than the focal length of the exit side cylindrical lens 22, the angular magnification can be less than 1.

【0038】入射光線束10は、通常その光軸に平行な
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。
The incident ray bundle 10 usually contains a noise component other than the component parallel to its optical axis. The noise component is generated by the light source having a finite size, scattering by dust in the air, and the like. The noise component of the incident ray bundle 10 does not pass through its focal point even if it is converged by the cylindrical lens 21. A noise component that travels at a certain angle from the optical axis is shielded by the light shield plate 23 and does not reach the cylindrical lens 22. Therefore, the parallel ray bundle 11 that has passed through the angular magnification conversion optical system becomes a ray bundle having less noise components than the incident ray bundle 10. As described above, the Kepler-type angular magnification conversion optical system can have the function of reducing the noise of the incident light flux by arranging the light shielding plate in addition to converting the angular magnification.

【0039】なお、シリンドリカルレンズ21、22の
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。
A spherical lens may be used instead of the cylindrical lenses 21 and 22. In this case, a pinhole is provided at a position corresponding to the focal point of the light shielding plate 23.

【0040】図2(B)は、ガリレオタイプのアフォー
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。
FIG. 2B shows an example using a Galileo type afocal system. Concave cylindrical lens 25
And the convex cylindrical lens 26 are arranged so that the optical axis thereof is parallel to the z axis. The generatrices of the cylindrical surfaces of the cylindrical lenses 25 and 26 are parallel to the x axis. The concave cylindrical lens 25 is arranged on the incident side, and the convex cylindrical lens 26 is arranged on the emitting side.

【0041】なお、この場合も、図2(A)の場合と同
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。
Also in this case, as in the case of FIG. 2A, a spherical lens may be used instead of the cylindrical lens.

【0042】図2(C)は、1つのプリズム27を用い
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。
FIG. 2C shows an example using one prism 27, and FIG. 2D shows an example using two prisms 27 and 28. Each prism is arranged so that the incident light beam bundle enters obliquely and the output light beam bundle emits in the vertical direction. In the case of FIG. 2C, the traveling directions of the incident light beam bundle 10 and the outgoing light beam bundle 11 are different. In the case of FIG. 2D, the incident ray bundle 10 and the outgoing ray bundle 11 are decentered, but their traveling directions are parallel to each other.

【0043】角倍率変換光学系の角倍率をγとすると、
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。
If the angular magnification of the angular magnification conversion optical system is γ,
The beam size of the outgoing ray bundle 11 is 1 / γ times the beam size of the incident ray bundle 10. When the configuration is such that the angular magnification γ is less than 1, the beam size of the outgoing ray bundle 11 becomes larger than the beam size of the incoming ray bundle 10. It is preferable to design the angular magnification conversion optical system AF in consideration of the aperture of the homogenization optical system HN so that most of the light flux 11 transmitted through the angular magnification conversion optical system AF enters the homogenization optical system HN.

【0044】これらを考慮すると、角倍率γを1/1.
5〜1/3程度とすることが好ましい。
Taking these into consideration, the angular magnification γ is 1/1.
It is preferably about 5 to 1/3.

【0045】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
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。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
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。
As described above, according to the present invention,
It is possible to suppress the positional deviation of the irradiation area on the homogenized surface due to the deviation of the traveling direction of the incident ray bundle. Since the position stability of the irradiation region is improved, the crystallinity of the semiconductor film can be stably improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例によるビームホモジナイザの概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a beam homogenizer according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すビームホモジナイザの角倍率変換光
学系の構成例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of an angular magnification conversion optical system of the beam homogenizer shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A、1B、2A、2B シリンダアレイ 3 収束レンズ 4 ホモジナイズ面 5 相対位置調節機構 10 入射光線束 11、12 光線束 21、22、25、26 シリンドリカルレンズ 23 遮光板 27、28 プリズム 1A, 1B, 2A, 2B cylinder array 3 Converging lens 4 Homogenized surface 5 Relative position adjustment mechanism 10 incident ray bundle 11, 12 ray bundle 21, 22, 25, 26 Cylindrical lens 23 Light shield 27, 28 prism

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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、被照射物の表面上に達するまでは、光線束を均質
化させることなく、該被照射物の表面上の、第1の方向
に長く第2の方向に短い線状の領域に直接ホモジナイズ
させ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み、少なくとも
記第2の方向に平行な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し、前記角倍率変換光
学系により角倍率を1未満にされた光線束が前記ホモジ
ナイズ光学系に入射するビームホモジナイザ。
1. When a parallel ray bundle is incident, the light intensity distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of the incident ray bundle is brought close to uniform, and the ray bundle is homogenized until it reaches the surface of the object to be irradiated. without, on the surface of該被irradiation object, the first direction
A homogenizing optical system for directly homogenized short linear region in a second direction long, arranged on the incident side of the homogenizing optical system converts the angular magnification of the light beam, it viewed including the optical axis of the light flux At least before
Serial angular magnification possess the angular magnification conversion optical system is less than 1 about the virtual plane parallel to the second direction, the angle magnification conversion optical
A ray bundle whose angular magnification is less than 1 by the academic system
A beam homogenizer that is incident on the optical system .
【請求項2】 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。
2. The step of arranging the object to be processed having a semiconductor thin film on the surface thereof so that the surface of the object to be processed is substantially coincident with the homogenized surface of the beam homogenizer according to claim 1. And a step of irradiating the semiconductor thin film with laser light homogenized by the beam homogenizer to change the crystallinity.
【請求項3】 前記光線束の光軸を含み、前記第2の方
向に平行な仮想平面内に関して、前記角倍率変換光学系
の角倍率が1/1.5〜1/3である請求項1に記載の
ビームホモジナイザ。
3. The angular magnification of the angular magnification conversion optical system is 1 / 1.5 to 1/3 with respect to a virtual plane that includes the optical axis of the light beam bundle and is parallel to the second direction. 1. The beam homogenizer according to 1.
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