(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザアニーリング用のパルスレーザ光線プロファイルの不均一性を減少させる。【解決手段】光軸に沿って初期パルスレーザ光線を方向付ける工程と、光軸に対する時間変動角偏向を各光パルスに与える工程とを備える。これにより、新しいレーザ光線を形成し、各光パルスは、レーザ光線における微小スケール強度変化を減少させるのに十分な空間偏向δの量で偏向される。その後、この新しいレーザ光線は、線画像を形成するために使用される。線画像は、初期レーザ光線を用いて線画像を形成した場合と比較して、より良好な強度均一性を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板のレーザアニーリングを実行するために使用される線画像を形成するときに、微小スケール強度変化を減少させる方法であって、
ａ）光軸に沿って、波長λを有するとともに１０ナノ秒から１０マイクロ秒の範囲内の時間パルス長τを有する光パルスを含むレーザ光線を方向付ける工程と、
ｂ）前記光軸に対する変動角偏向を各光パルスに与え、レーザ光線における微小スケール強度変化を、角偏向なしの場合と比較して、少なくとも１．５倍の二乗平均平方根（ＲＭＳ）で減少させるのに十分な空間偏向δの量で各光パルスを偏向させる工程と、
ｃ）前記ｂ）工程において形成された前記レーザ光線を使用して、前記線画像を形成する工程と
を備え、
前記ｂ）の工程において、δ≦１００ミクロンである、方法。
【請求項２】
変動角偏向を与える前記ｂ）の工程は、前記レーザ光線を通過させること、あるいは前記レーザ光線を光線方向変更素子で反射させることの何れかを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光線方向変更素子は、音響光学変調器または電気光学変調器を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記微小スケール強度変化は、λ／４≦ｐＳ≦４０λの範囲内の変調周期ｐＳを有し、δ≧ｐＳである、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記微小スケール強度変化は、λ／２≦ｐＳ≦２０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
変動角偏向を前記レーザ光線の前記光パルスに与える前または後に、前記レーザ光線の光線調整を実行することをさらに備える、請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記線画像の形成は、偏向レーザ光線を中継光学システムに通すことを含む、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記微小スケール強度変化は、直交する２つの方向において起こり、前記ｂ）の工程は、光線方向変更素子を用いて実行され、前記光線方向変更素子は、前記光軸に対して角度を有して方向付けられており、これにより、前記微小スケール強度変化は、前記直交する２つの方向において減少する、請求項１から７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
レーザ光線によって形成される線画像で半導体基板の表面をアニーリングするためのレーザアニーリングシステムであって、
レーザシステム、光線方向変更素子、中継光学システム、および制御部を備え、
前記レーザシステムは、光パルスを有するレーザ光線を出射し、各光パルスは、波長λ及び時間幅τを有し、前記レーザ光線は、λ／４から４０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する微小スケール強度変化の第１の量を有する強度プロファイルを含み、
前記光線方向変更素子は、前記光パルスを受光するように配置され、各光パルスに対して、前記レーザ光線の空間偏向の時間変動量δを発生させ、ここで、ｐＳ≦δ≦１００μｍであり、これにより、前記微小スケール強度変化の第１の量よりも小さい微小スケール強度変化の第２の量を有する偏向光線を形成し、
前記中継光学システムは、前記偏向された光線を受光し、半導体基板の表面が存在する画像面において、前記偏向された光線から線画像を形成するように構成され、
前記制御部は、前記光線方向変更素子及び前記レーザシステムに動作可能に接続され、前記制御部は、前記レーザシステムからの前記光パルスの出射を、前記光線方向変更素子の動作と同期させるように構成され、各光パルスについて、前記空間偏向の時間変動量δを実現させる、
レーザアニーリングシステム。
【請求項１０】
前記光線方向変更素子は、音響光学偏向器または電気光学偏向器を含む、請求項９に記載のレーザアニーリングシステム。
【請求項１１】
前記微小スケール強度変化の第１の量は、λ／２≦ｐＳ≦２０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する、請求項９または１０に記載のレーザアニーリングシステム。
【請求項１２】
前記中継光学システムは、１：１の倍率を有する、請求項９から１１の何れか１項に記載のレーザアニーリングシステム。
【請求項１３】
λ＝５３２ｎｍである、請求項９から１２の何れか１項に記載のレーザアニーリングシステム。
【請求項１４】
ナイフエッジ開口部をさらに備え、前記偏向された光線は、前記ナイフエッジ開口部を通過し、前記ナイフエッジ開口部は、前記線画像の長さを規定する、請求項９から１３の何れか１項に記載のレーザアニーリングシステム。
【請求項１５】
前記微小スケール強度変化の第２の量は、前記微小スケール強度変化の第１の量よりも少なくとも１．５倍二乗平均平方根（ＲＭＳ）だけ小さい、請求項９から１４の何れか１項に記載のレーザアニーリングシステム。
【請求項１６】
半導体ウエハのレーザアニーリングに使用されるレーザ光線における微小スケール強度変化を減少させる方法であって、
レーザ光源から、波長λを有するとともに光パルスを含むレーザ光線を生成する工程と、
各光パルスに時間変動空間偏向δを与えて、光線方向変更素子に各光パルスを通過させることによって、偏向光線を形成する工程と、
画像面に、前記偏向光線から線画像を形成する工程と
を備え、
前記レーザ光線を生成する工程において、前記レーザ光線は、λ／４から４０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する微小スケール強度変化量を有し、
前記偏向光線を形成する工程において、前記光線方向変更素子は、前記レーザ光源に同調して活性化され、ここで、ｐＳ≦δである、方法。
【請求項１７】
δ≦１００μｍである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記線画像を形成する工程は、中継光学システムで前記画像面上にナイフエッジ開口部を画像化させながら、前記偏向光線をナイフエッジ開口部に通過させることを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記微小スケール強度変化は二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を有し、前記ナイフエッジ開口部において測定された、前記偏向光線における微小スケール強度変化のＲＭＳ値は、非偏向のレーザ光線の前記ナイフエッジ開口部で測定されたＲＭＳ値と比較して、少なくとも１．５倍から５倍の範囲内で減少する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記光パルスは、ｆｒｅｐの反復率を有し、時間変動空間偏向δを与える工程は、反復率ｆａ＿ｒｅｐで前記光線方向変更素子を駆動することを含み、前記反復率ｆａ＿ｒｅｐは、前記光パルスの前記反復率と等しいか、あるいは、前記光パルスの前記反復率の高周波である、請求項１６から１９の何れか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記光線方向変更素子は、音響学系か、あるいは電気光学系である、請求項１６から２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
線画像で半導体ウエハのレーザアニーリングを実行するときに、微小スケール強度変化を減少させる方法であって、
光軸に沿って、光パルスおよび第１の微小スケール強度変化を有する第１のレーザ光線を方向付ける工程と、
前記光軸に対する時間変動角偏向を、前記第１のレーザ光線における各光パルスに与え、これにより、空間偏向量δで各光パルスを偏向させて、前記第１の微小スケール強度変化よりも小さい第２の微小スケール強度変化を有する第２のレーザ光線を形成する工程と、
前記第２のレーザ光線を使用して前記線画像を形成する工程と
を備える方法。
【請求項２３】
前記微小スケール強度変化は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を有し、前記第２のレーザ光線における微小スケール強度変化のＲＭＳ値は、前記第１のレーザ光線と比較して、少なくとも１．５倍から５倍の範囲内で減少する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の微小スケール強度変化は、変調周期ｐＳを有し、ｐＳ≦δである、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のレーザ光線は、波長λを有し、λ／４≦ｐＳ≦４０λである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
δ≦１００μｍである、請求項２２から２５の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザアニーリングに関する。より具体的には、パルスレーザ光線を使用するレーザアニーリング用の光線プロファイル不均一性を減少させるためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
本明細書中で言及されたあらゆる刊行物または特許文献の全体的な開示は、参照により組み込まれる。特許文献には、米国特許第６，７４７，２４５号、米国特許第７，０９８，１５５号、米国特許第７，１５７，６６０号、米国特許第７，７６３，８２８号、米国特許第８，０１４，４２７号、米国特許第８，０２６，５１９号、米国特許第８，３０９，４７４号、米国特許第８，５０１，６３８号、米国特許第８，５４６，８０５号、米国特許第８，６９１，５９８号、及び米国特許公開第２０１３／０３３０８４４号が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
レーザアニーリング（レーザスパイクアニーリング、レーザ熱アニーリング、レーザ熱処理などとも呼ばれる）は、様々な応用分野の半導体製造に用いられる。このような半導体製造には、トランジスタ及び関連タイプの半導体特徴部などの活性超小型回路を形成するときに、半導体ウエハ内に形成される装置（構造）の選択領域におけるドーパントの活性化が含まれる。
【０００４】
ある種のレーザアニーリングは、線形強度プロファイルの形成を含む。線形強度プロファイルは、線画像を動かすこと、半導体ウエハを動かすこと、あるいはこれら２つの動きを組み合わせることによって、半導体ウエハ上を走査される。線画像は、「走査方向」に走査される。「走査方向」は、線画像の長軸に対して垂直である。走査方向（すなわち、線画像の短軸）に沿った線画像の強度における空間的変動は、線画像が半導体ウエハ上を動くに従って、その不均一性が平均化されるため、許容され得る。一方、線画像の「交差（クロススキャン）」方向における強度プロファイルの空間的変動は、線画像の走査経路上の一貫したアニーリング結果を獲得するために、きっちりと制御される必要がある。
【０００５】
線画像の形成において、ガウス強度プロファイルを有するパルスレーザ光線は、頂上が平坦な強度プロファイル又はスーパーガウス強度プロファイルに成形される必要がある。これは、光線均質化によって実現することができる。光線均質化は、マイクロレンズアレイまたは光ファイバを用いて実行され、入射光線を多数の小波（ウェーブレット）に分割し、その後その小波を再結合する。多数の小波の重なりは、肉眼上均一な光線を形成する。しかし、レーザ光線がコヒーレントであると、依然としてスペックルなどの干渉効果に起因する微小スケールの光線プロファイル不均一性が起こり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１Ａは、ウエハ表面が存在する画像面に形成される一例の線画像について、一例の先行技術の強度プロファイルＩ（ｘ）を、ｘに対してプロットした図である。図１Ａのプロットは、例示的な微小スケール強度変化Ｉｍ（ｘ）を模式的に示す。この微小スケール強度変化Ｉｍ（ｘ）は、強度プロファイルが、マクロスケール変化と比較して小さなスケールで観察されるとき、すなわち、わずか１ミクロンから数十ミクロンの間の範囲で観察されるときに見ることができる。なお、マクロスケール変化は、約１ミリメートルから数十ミリメートルの範囲内で測定される。これらの微小スケール強度変化は、特にアニーリングプロセスにおいて短い光パルスを使用するときには、軽減させることが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
レーザアニーリング用のパルスレーザ光線プロファイルの不均一性を減少させるためのシステム及び方法が開示される。この方法は、光軸に沿って第１または初期のパルスレーザ光線を方向付けること、及び、前記光軸に対して時間変動角偏向を、各光パルスに与えることを備える。この方法により、新しい（すなわち、偏向された）レーザ光線が形成される。ここで、各光パルスは、レーザ光線における微小スケール強度変化を減少させるのに十分な空間偏向量δで平滑化される（smeared  out）。新しい（偏向）レーザ光線は、その後、線画像を形成するために使用される。線画像を形成するために初期レーザ光線を使用する場合と比較して、線画像は、より良好な強度均一性（すなわち、より小さな微小スケール強度変化）を有する。
【０００８】
本開示の一局面は、半導体基板のレーザアニーリングを実行するために使用される線画像を形成するときに、微小スケール強度変化を減少させる方法である。この方法は、ａ）光軸に沿って、波長λを有するとともに１０ナノ秒から１０マイクロ秒の範囲内の時間パルス長τを有する光パルスを含むレーザ光線を方向付ける工程と、ｂ）前記光軸に対して変動する角偏向を各光パルスに与え、レーザ光線における微小スケール強度変化を、角偏向なしの場合と比較して、少なくとも１．５倍（１．５×）の二乗平均平方根（以降、「ＲＭＳ」と称する）で減少させるのに十分な空間偏向量δで各光パルスを偏向させる工程と、ｃ）前記ｂ）工程において形成されたレーザ光線を使用して、前記線画像を形成する工程とを備える。前記ｂ）の工程において、δ≦１００ミクロンである。
【０００９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、変動角偏向を与える前記ｂ）の工程は、前記レーザ光線を通過させること、あるいは前記レーザ光線を光線方向変更素子で反射させることの何れかを含む。
【００１０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記光線方向変更素子は、音響光学変調器または電気光学変調器を含む。
【００１１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記微小スケール強度変化は、λ／４≦ｐＳ≦４０λの範囲内の変調周期ｐＳを有し、δ≧ｐＳである。
【００１２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記微小スケール強度変化は、λ／２≦ｐＳ≦２０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する。
【００１３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線の変動角偏向を前記光パルスに与える前または後に、前記レーザ光線の光線調整を実行することをさらに備える。
【００１４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記線画像の形成は、偏向レーザ光線を中継光学システムに通すことを含む。
【００１５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記微小スケール強度変化は、直交する２つの方向において起こり、前記ｂ）の工程は、光線方向変更素子を用いて実行される。前記光線方向変更素子は、前記光軸に対して角度を有して方向付けられており、これにより、前記微小スケール強度変化は、前記直交する２つの方向において減少する。
【００１６】
本開示の他の局面は、レーザ光線によって形成される線画像で半導体基板の表面をアニーリングするためのレーザアニーリングシステムである。このシステムは、レーザシステム、光線方向変更素子、中継光学システム、および制御部を備える。レーザシステムは、光パルスを有するレーザ光線を出射する。各光パルスは、波長λ及び時間幅τを有する。前記レーザ光線は、λ／４から４０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する微小スケール強度変化の第１の量を有する強度プロファイルを含む。光線方向変更素子は、前記光パルスを受光するように配置され、各光パルスに対して、前記レーザ光線の空間偏向δの時間変動量を発生させる。ここで、ｐＳ≦δ≦１００μｍであり、これにより、前記微小スケール強度変化の第１の量よりも小さい微小スケール強度変化の第２の量を有する偏向光線を形成する。中継光学システムは、前記偏向光線を受光し、半導体基板の表面が存在する画像面において、前記偏向光線から線画像を形成するように構成される。制御部は、前記光線方向変更素子及び前記レーザシステムに動作可能に接続される。前記制御部は、前記レーザシステムからの前記光パルスの出射を、前記光線方向変更素子の動作と同期させるように構成され、各光パルスについて、上述の空間偏向δの時間変動量を実現させる。
【００１７】
本開示の他の局面は、上述のレーザアニーリングシステムであって、前記光線方向変更素子は、音響光学偏向器または電気光学偏向器を含む。
【００１８】
本開示の他の局面は、上述のレーザアニーリングシステムであって、前記微小スケール強度変化の第１の量は、λ／２≦ｐＳ≦２０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する。
【００１９】
本開示の他の局面は、上述のレーザアニーリングシステムであって、前記中継光学システムは、１：１の倍率を有する。
【００２０】
本開示の他の局面は、上述のレーザアニーリングシステムであって、λ＝５３２ｎｍである。
【００２１】
本開示の他の局面は、上述のレーザアニーリングシステムであって、ナイフエッジ開口部をさらに備え、前記偏向光線は、前記ナイフエッジ開口部を通過し、前記ナイフエッジ開口部は、前記線画像の長さを規定する。
【００２２】
本開示の他の局面は、上述のレーザアニーリングシステムであって、前記微小スケール強度変化の第２の量は、前記微小スケール強度変化の第１の量よりも少なくとも１．５倍（１．５×）ＲＭＳ小さい。
【００２３】
本開示の他の局面は、半導体ウエハのレーザアニーリングに使用されるレーザ光線における微小スケール強度変化を減少させる方法である。この方法は、レーザ光源から、波長λを有するとともに光パルスを含むレーザ光線を生成する工程と、各光パルスに対して時間変動する空間偏向δを与えて、光線方向変更素子に各光パルスを通過させることによって、偏向光線を形成する工程と、画像面に対して、前記偏向光線から線画像を形成する工程とを含む。前記レーザ光線を生成する工程において、前記レーザ光線は、λ／４から４０λの範囲内の変調周期ｐＳを有する微小スケール強度変化量を有する。前記偏向光線を形成する工程において、前記光線方向変更素子は、前記レーザ光源に同調して活性化され、ここで、ｐＳ≦δである。
【００２４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、δ≦１００μｍである。
【００２５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記線画像を形成する工程は、中継光学システムで前記画像面上にナイフエッジ開口部を画像化させながら、前記偏向光線をナイフエッジ開口部に通過させることを含む。
【００２６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記微小スケール強度変化はＲＭＳ値を有し、前記ナイフエッジ開口部において測定された、前記偏向光線における微小スケール強度変化のＲＭＳ値は、非偏向のレーザ光線の前記ナイフエッジ開口部で測定されたＲＭＳ値と比較して、少なくとも１．５倍（１．５×）から５倍（５×）の範囲内で減少する。
【００２７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記光パルスは、ｆｒｅｐの反復率を有し、時間変動する空間偏向δを与える工程は、反復率ｆａ＿ｒｅｐで前記光線方向変更素子を駆動することを含む。前記反復率ｆａ＿ｒｅｐは、前記光パルスの前記反復率と等しいか、あるいは、前記光パルスの前記反復率の高周波である。
【００２８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記光線方向変更素子は、音響学に基づくか、あるいは電気光学に基づく。
【００２９】
本開示の他の局面は、線画像で半導体ウエハのレーザアニーリングを実行するときに、微小スケール強度変化を減少させる方法である。この方法は、光軸に沿って、光パルスおよび第１の微小スケール強度変化を有する第１のレーザ光線を方向付ける工程と、前記光軸に対して時間変動する角偏向を、前記第１のレーザ光線における各光パルスに与え、これにより、空間偏向量δで各光パルスを偏向させて、前記第１の微小スケール強度変化よりも小さい第２の微小スケール強度変化を有する第２のレーザ光線を形成する工程と、前記第２のレーザ光線を使用して前記線画像を形成する工程とを備える。
【００３０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１の微小スケール強度変化は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を有し、前記第２のレーザ光線における微小スケール強度変化のＲＭＳ値は、前記第１のレーザ光線と比較して、少なくとも１．５倍（１．５×）から５倍（５×）の範囲内で減少する。
【００３１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記微小スケール強度変化は、変調周期ｐＳを有し、ｐＳ≦δである。
【００３２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１のレーザ光線は、波長λを有し、λ／４≦ｐＳ≦４０λである。
【００３３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、δ≦１００μｍである。
【００３４】
さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは、レーザアニーリングシステムにおいて線画像を形成するために使用される一例のレーザ光線の模式的な強度プロファイルのプロット図である。この図では、拡大挿入図が、干渉効果によって起こる微小スケール強度変化Ｉｍ（ｘ）を示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａと同様の図であるが、本明細書に開示された光線方向変更システム及び方法を用いることによって、微小スケール強度変化Ｉ’ｍ（ｘ）がいかに大きく減少するかを示す図である。
【図２】図２は、一例のレーザアニーリングシステムの模式図である。このレーザアニーリングシステムは、半導体ウエハをアニーリングするために使用されるパルスレーザ光線のプロファイルの不均一性を減少させるために使用される光線方向変更素子を含む。
【図３Ａ】図３Ａは、図２と同様の一例のレーザアニーリングシステムの模式図であるが、光学システムのより詳細を含み、光線方向変更素子が光線均質器の下流に位置する実施形態を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａと同様の一例のレーザアニーリングシステムの模式図であるが、ミラー系光線方向変更素子の例を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａと同様の一例のレーザアニーリングシステムの模式図であるが、ミラー系光線方向変更素子の例を示す。
【図４】図４は、音響学系光線方向変更素子用の駆動ユニットの一例を示す拡大模式図である。この図は、レーザ光線がどのように光軸に対して偏向または方向変更されるかを示す。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、図４の音響学系光線方向変更素子の動作に対する光パルスのタイミングを示すタイミングプロットである。図５Ａは、時間ｔの関数として光パルス強度ＩＰをプロットした図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、時間ｔに対して、ＶＣＯ（電圧制御発振器）入力電圧ＶＣＯ又は偏向角Δθａ（任意の単位）をプロットした２つの例である。
【図６】図６は、音響学系光線方向変更素子用の駆動部のＲＦ変調帯域Δｆａ（ＭＨｚ）に対する推定パルス偏向角ΔθＰ（ｍｒａｄ）のプロット図である。このプロット図では、音響学系光線方向変更素子の反復率ｆａ＿ｒｅｐが１０ｋＨｚ及び２０ｋＨｚという２例における単一の光パルス中の偏向を示す。
【図７】図７は、δ／ｐＳに対して逆減少係数ＦＲ’をプロットした図である。なお、δは空間偏向量であり、ｐＳは、例示的な正弦関数微小スケール強度変化の変調周期である。
【図８】図８は、単一の光線方向変更素子について回転角φ（度）の関数としてシミュレートされた上下強度変調Ｍ（非回転に正規化された）のプロットである。また、図８は、回転角がどのように強度変調を減少させ、それに伴って線画像を形成するパルスレーザ光線における不均一性量を減少させるかを示す二次元強度分布の一例である。
【図９】図９は、偏向光線（すなわち、偏向光パルス）及び非偏向光線（すなわち、非偏向光パルス）の両方に関し、図２に示す一例のレーザアニーリングシステム用に得られた実験結果であって、位置ｘ（ｍｍ）に対して強度カウント（平均値に正規化された）をプロットした図である。図９は、本明細書に開示される光線方向変更方法を用いたときに、レーザ光線強度プロファイルにおいて微小スケール強度変化の変調が減少する例を示している（明確化のために、空間偏向を有するプロファイルの縦方向のスケールが、１でオフセットされている）。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。
【００３７】
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
【００３８】
いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。
【００３９】
後述するように、パラメータｐＳは、レーザ光線プロファイルの微小スケール強度変化の周期を示すために使用される。微小スケール強度変化の周波数はｆＳであり、ｆＳ＝１／ｐＳで求められる。微小スケール強度変化は、周期ｐＳ及び空間周波数ｆＳの範囲で発生する。一例では、周期ｐＳ及び空間周波数ｆＳは、（例えば、周波数スペクトルを得るために）本技術分野で知られているようにフーリエ法を用いて推定され得る。一例では、微小スケール強度変化が実質的に減少する周期ｐＳの範囲は、λ／４≦ｐＳ≦４０λであるか、あるいは、λ／２≦ｐＳ≦２０λである。ここで、λは、使用されるレーザ光線の波長である。以下の例では、説明のために、単一周期ｐＳを有する正弦関数微小スケール強度変化について論じる。
【００４０】
また、後述するように、減少係数ＦＲは、本明細書で開示される光線方向変更方法を実行することによって微小スケール強度変化がどの程度減少するかの尺度（指標）である。後述の一例では、減少係数ＦＲの一例は、微小スケール強度変化についての上述の単一周期の例から数学的に減少し、「逆」減少係数ＦＲ’＝１／ＦＲとして表される。より一般的には、減少係数ＦＲは、微小スケール強度変化がどの程度減少するかの単純な尺度（指標）である。一例では、減少係数ＦＲは、強度プロファイルの「前」および「後」、すなわち、空間偏向を経ないとき、及び、空間偏向を経たときのそれぞれにおけるＲＭＳ測定に基づいて測定される。したがって、空間偏向を経ないとき、及び、空間偏向を経たときのＲＭＳ微小スケール強度変化は、Ｉｍ−ＲＭＳ及びＩ’ｍ−ＲＭＳでそれぞれ与えられる。そして、一例では、減少係数ＦＲは、ＦＲ＝（Ｉｍ−ＲＭＳ）／（Ｉ’ｍ−ＲＭＳ）で与えられる。
【００４１】
光線方向変更素子を有するレーザアニーリングシステム
図２は、本開示によるレーザアニーリングシステム１０の一例の模式図である。レーザアニーリングシステム１０は、説明の便宜上、折り返されていない状態で、すなわち、単一の光軸Ａ１を有するものとして図示されている。実際には、後述するように、レーザアニーリングシステム１０は、適切な光線配置を提供しつつ、レーザアニーリングシステム１０をコンパクトにするために一般的に折り返されている。例えば、ブルースター角（偏光角）の入射角またはブルースター角に近い入射角で線画像を形成し、反射を最小にすることが望ましい。
【００４２】
レーザアニーリングシステム１０は、光軸Ａ１に沿って初期レーザ光線２２を出射するレーザシステム２０を含む。一例では、レーザシステム２０は、例えば、ＣＯ２レーザなどの赤外線（以下、「ＩＲ」と称する）レーザを含む。ＣＯ２レーザは、公称１０．６μｍの波長で出射される。他の好適なレーザは、例えば、ツリウムレーザなどの中赤外域のファイバレーザである。一例のレーザシステム２０は、波長λ＝５３２ｎｍを有する光を出射する。初期レーザ光線２２は、光パルス２２Ｐで形成される。一例では、光パルス２２Ｐは、１０ｎｓから１０μｓの範囲内の時間パルス幅τ、及び２０マイクロ秒から１０ミリ秒の範囲内のパルス間隔Δｔを有する。これは、０．１ｋＨｚ≦ｆ≦５０ｋＨｚのレーザパルス周波数（または、反復率）ｆｒｅｐ＝１／Δｔにおいて、レーザパルス周波数ｆｒｅｐが一例の値である１０ｋＨｚを表す。
【００４３】
また、レーザアニーリングシステム１０は、光軸Ａ１に沿って配置された光線方向変更素子３０を含む。光線方向変更素子３０は、初期レーザ光線２２、および光パルス２２Ｐを受光する。光線方向変更素子３０は、駆動ユニットまたは「駆動部」３６に動作可能に接続される。「駆動部」３６は、駆動信号ＳＤを介して光線方向変更素子３０を活性化または「駆動」する。光線方向変更素子３０は、初期レーザ光線２２の光路にわずかな偏向を生じさせるように構成される。ここでの偏向量は、各パルスの時間パルス幅τの範囲内で変化する。このような光線方向変更動作は、以下により詳細に説明する。光線方向変更素子３０の例は、例えば音響光学変調器（以下、「ＡＯＭ」と称する）などの音響光学偏向器（以下、「ＡＯＤ」と称する）、または、例えば電気光学変調器などの電気光学偏向器（以下、「ＥＯＤ」と称する）を含む。光線方向変更素子３０からの出力は、方向変更されたレーザ光線３２である。光線方向変更素子３０は、「光線偏向素子」とも呼ばれる。
【００４４】
光線方向変更素子３０の他の例は、後述するように、回転ミラーまたは走査（振動）ミラーを含む。他のタイプの光線方向変更素子を通じて、音響光学系、または、電気光学系の光線方向変更素子を用いる利点は、高速で、信頼性が高く、可動部がないという点を含む。
【００４５】
また、レーザアニーリングシステム１０は、光線方向変更素子３０の下流に配置された光線調整システム４０を含む。光線調整システム４０は、レンズ、ミラー、開口部、フィルタ、活性光学素子（例えば、可変減衰器など）、光ファイバ、マイクロレンズアレイ、およびこれらの組合せなどの１つ以上の光線調整素子を含み得る。光線調整システム４０は、方向変更レーザ光線３２を受光し、受光したレーザ光線３２から方向変更され調整された光線４２を形成する。一例では、光線４２は発散し、波面４２Ｗを有するように図示される。光線調整システム４０の例は、米国特許第７，５１４，３０５号、米国特許第７，４９４，９４２号、米国特許第７，３９９，９４５号、米国特許第６，３６６，３０８号、および米国特許第８，０１４，４２７号に開示される。
【００４６】
レーザアニーリングシステム１０は、開口部５０をさらに含む。一例では、開口部５０は、対向する２つの調整可能ブレード５２Ａ及び５２Ｂを含む。対向する２つの調整可能ブレード５２Ａ及び５２Ｂは、光軸Ａ１を中心とする幅Ｗの調整可能開口部５４を規定する。そのため以下では、開口部５０は、「ナイフエッジ開口部」５０と称される。ナイフエッジ開口部５０は、方向変更兼調整された光線４２の一部４４のみを通過させるように作用する。言い換えれば、方向変更兼調整された波面４２Ｗの一部は、ナイフエッジ開口部５０を通過する。通過したこれらの波面は、符号４４Ｗで示される。一例では、ブレード５２Ａ及び５２Ｂは、調整可能であり（例えば、横方向に移動可能であり）、開口部５４の大きさを変更する。
【００４７】
レーザアニーリングシステム１０は、中継光学システム７０をさらに含む。中継光学システム７０は、光軸Ａ１に沿って配置され、対物面ＯＰ及び画像面ＩＰを有する。ナイフエッジ開口部５０は、対物面ＯＰに配置される。中継光学システム７０は、方向変更兼調整された光線４２の一部４４を受光する。方向変更兼調整された光線４２の一部４４は、ナイフエッジ開口部５０を通過し、画像面ＩＰにおいて線画像８０を形成するように構成されている。線画像８０の大きさ（長さ）は、Ｌである。すなわち、線画像８０の大きさ（長さ）は、中継光学システム７０が１倍（１×）の倍率である（すなわち、１：１の中継光学システムである）とき、ナイフエッジ開口部５０の開口部５４の大きさである。線画像８０の一般的な長さＬは、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内であり、また、線画像８０の一般的な幅Ｗは、２５ミクロンから５００ミクロンの範囲内である。
【００４８】
レーザアニーリングシステム１０は、支持台９０をさらに含む。支持台９０は、上面１０２を有する半導体ウエハ１００を動作可能に支持するように構成されている。半導体ウエハ１００の上面１０２は、画像面ＩＰに位置する。一例では、半導体ウエハ１００は、シリコン（ケイ素）で作られる。
【００４９】
支持台９０は移動可能であり、これにより、半導体ウエハ１００の拡大挿入図に示されるように、線画像８０は、その長軸に直交する方向（すなわち、ｙ方向）に半導体ウエハ１００の上面１０２上を走査することができる。この方向は、「走査方向」と称される。また、これに直交する方向は、「交差（クロススキャン）方向」と呼ばれる。拡大挿入図の座標システムを用いると、線画像８０は、強度ＩＬ（ｘ，ｙ）を有する。しかしながら、交差方向またはｘ方向の強度変化が主要な関心事であり、そのため、線画像強度プロファイルは、ＩＬ（ｘ）で表される。
【００５０】
一例の実施形態では、支持台９０が移動し、これにより、半導体ウエハ１００が線画像８０に対して移動する。そして、線画像８０は、走査矢印ＡＲで示されるように半導体ウエハ１００の上面１０２上を走査する。
【００５１】
レーザアニーリングシステム１０は、制御部１５０を含む。制御部１５０は、光線方向変更素子３０及びレーザシステム２０に動作可能に接続され、光線方向変更素子３０の動作（活性化）と光パルス２２Ｐの出射を連係させるように構成される。そして、各光パルス２２Ｐの光路において偏向を変化させる。
【００５２】
一例では、制御部１５０はプログラム制御され、本明細書に記載された光線方向変更機能を実行する。本明細書で用いられるように、用語「制御部」は、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理制御器、特定用途向け集積回路、およびその他のプログラム可能な回路のことを幅広く意味する。一例では、制御部１５０は、非過渡的なコンピュータ読取可能媒体にて具現化された指令を実行する。非過渡的なコンピュータ読取可能媒体は、制御部１５０に対して、レーザシステム２０からの光パルス２２の出射に関連した光線方向変更素子３０の動きを制御させる。
【００５３】
一例では、駆動部３６に送信される制御信号ＳＲによって光線方向変更素子３０が制御される間、レーザシステム２０は、レーザ制御信号ＳＬによって制御される。制御信号ＳＲによって、駆動部３６は、駆動信号ＳＤを介して光線方向変更素子３０を作動させる。光線方向変更素子３０用のレーザ制御信号ＳＬおよび制御信号ＳＲは同期して生成され、これにより、光線方向変更素子３０は、光パルス２２Ｐが通過する間、作動状態となる。
【００５４】
本明細書では、光線方向変更素子３０は、光線調整システム４０の上流に配置されるように図示され、説明されている。しかし、光線方向変更素子３０は、光線調整システム４０の下流にも配置することができ、方向変更調整光線４２の一部４４における小さな変化を減少させるか、除去するという機能を実現し、これにより、最終的に画像面ＩＰに形成される線画像８０においても小さな変化を減少させるか、除去するという機能を実現することができるということにも留意すべきである。
【００５５】
光線方向変更素子を有するレーザアニーリングシステムの他の例
図３Ａは、レーザアニーリングシステム１０の別の例を示す、より詳細な模式図である。このシステムにおいて、光軸Ａ１は、複数の異なる折り返しミラー７４を使用して、折り返されている。図３Ａでは、光線方向変更素子３０が、光線調整システム４０としての光線均質器の下流に位置する例も示す。図３Ｂおよび図３Ｃは、図３Ａと同様の図であるが、光線方向変更素子３０がミラー系である例を示す。
【００５６】
図３Ｂでは、光線方向変更素子３０は、ミラー３０Ｍを備える。ミラー３０Ｍは振動可能であり、これにより、方向変更兼調整された光線４２は、ナイフエッジ開口部５０に対して走査される。中継光学システム７０は、凹面鏡７２および複数の折り返しミラー７４を含むように示される。凹面鏡７２および複数の折り返しミラー７４は、方向変更兼調整された光線４２の一部４４を、法線入射に対して角度をつけて、半導体ウエハ１００の上面１０２に方向づける。一例では、中継光学システム７０は、反射光学系であり、ミラーのみを含む。画像面ＩＰおよび半導体ウエハ１００の上面１０２は、光軸Ａ１に対してある角度を形成するため、対物面ＯＰおよびナイフエッジ開口部５０は、光軸Ａ１に対してある角度をなすように図示されている。
【００５７】
図３Ｃは、ミラー３０Ｍが、その回転軸に対して高速で回転し得る多面ミラーである点を除いて、図３Ｂと同様の図である。
【００５８】
図４は、ＡＯＤの形態での光線方向変更素子３０の一例を示す拡大図である。駆動部３６は、電圧制御発信器（以下、「ＶＣＯ」と称する）３６ＶＣＯと、無線周波数（以下、「ＲＦ」と称する）増幅器３６ｒｆとを含む。初期レーザ光線２２は、ＡＯＤ光線方向変更素子３０によって、偏向角Δθａ＝λ・Δｆａ／Ｖａで偏向される。ここで、λは、初期レーザ光線２２の波長であり、Δｆａは、ＲＦ増幅器３６ｒｆのＲＦ変調帯域であり、Ｖａは、ＡＯＤ光線方向変更素子３０の音速である。したがって、偏向角Δθａは、ＲＦ変調帯域に比例する。ＲＦ変調帯域は、制御信号ＳＲによって具現化されるＶＣＯ入力電圧ＶＣＯの変化に順次比例する。
【００５９】
タイミングプロット
図５Ａから図５Ｃは、タイミングプロットである。このタイミングプロットは、ＡＯＤ光線方向変更素子３０の動作に対する光パルス２２Ｐのタイミングを示す。図５Ａは、時間ｔの関数としての光パルス強度ＩＰのプロット図である。図５Ｂ及び図５Ｃは、時間ｔに対するＶＣＯ入力電圧ＶＣＯまたは偏向角Δθａ（任意単位）のプロット図である。所定パルスの継続時間（すなわち、時間パルス幅）τの範囲内で、ＶＣＯ入力電圧ＶＣＯが変化するに従って、偏向角Δθａが変化することに留意すべきである。このような光パルス２２Ｐ中の偏向角Δθａの変化は、光線がＡＯＤ光線方向変更素子３０を通過するときの初期レーザ光線２２の時間変動偏向を表す。パルス継続中のこのわずかな偏向は、時間変動偏向角Δθａに基づく（光軸Ａ１に対して測定される）空間偏向δの量を通して、初期レーザ光線２２を平滑化するように作用する。このような不鮮明（スミアリング）作用は、初期レーザ光線２２の強度プロファイルの微小スケール強度変化を取り除くように機能する。このような機能がなければ、強度プロファイルの微小スケール強度変化は、結果として線画像８０に強度不均一性を与えるであろう。
【００６０】
図１Ｂは、図１Ａと同様の図であり、この効果を模式的に示している。図１Ｂでは、減少した微小スケール強度変化が、符号Ｉ’ｍ（ｘ）で示されている。一例では、Ｉｍ（ｘ）からＩ’ｍ（ｘ）への微小スケール強度変化の減少量（すなわち、減少係数ＦＲ）は、１．５倍（１．５×）から５倍（５×）の間であり、３倍（３×）が一例の減少係数である。上述したように、一例では、減少係数ＦＲは、例えば、上述の範囲λ／４≦ｐＳ≦４０λである変調周期ｐＳの規定の範囲にわたって、ＲＭＳ基準をもとに測定される。
【００６１】
図５Ａから図５Ｃに関して、光パルス２２Ｐは、ｆｒｅｐの反復率（またはレーザパルス周波数）を有する。ＶＣＯ入力電圧ＶＣＯ（したがってＡＯＤ偏向角Δθａ）は、鋸歯状波形によってｆａ＿ｒｅｐの反復率で一掃される。反復率ｆａ＿ｒｅｐは、レーザパルス周波数ｆｒｅｐと同じであるか、レーザパルス周波数ｆｒｅｐの高周波であり得る。これにより、パルスにつき同量の偏向角Δθａが、各光パルス２２Ｐ中で得られることを保証する。パルス当たりの偏向角Δθａは、ΔθＰ＝Δθａ・ｆａ＿ｒｅｐ・τで与えられる。反復率ｆａ＿ｒｅｐの最大値は、ｆａ＿ｒｅｐ＜［ｔＲ＋τ］−１で規定される。ここで、ｔＲは、ＡＯＤ光線方向変更素子３０の立ち上がり時間、すなわち、音波がＡＯＤの光学開口部５０を通って伝わるのに必要とされる時間である。
【００６２】
光パルス偏向
図６は、ＲＦ変調帯域Δｆａ（ＭＨｚ）に対する推定（最大）パルス偏向角ΔθＰ（ｍｒａｄ）のプロット図であり、反復率ｆａ＿ｒｅｐが１０ｋＨｚ及び２０ｋＨｚという２つの例示的な数値に関する単一の光パルス２２Ｐ中の偏向を示す。この例では、ＴｅＯ２せん断波ＡＯＤが使用される。ＴｅＯ２せん断波ＡＯＤは、Ｖａ＝６１７ｍ／ｓの音速を有する。計算に用いられる他のパラメータは、λ＝０．５３μｍおよびτ＝１００ｎｓである。既定のパルスについてのパルス偏向角ΔθＰは、ミリラジアン（ｍｒａｄ）にも満たない最大偏向角Δθａを有する時間の関数である（すなわち、時間変動する）。
【００６３】
このような小さな偏向角Δθａについて、小角近似を用いることができ、これにより、空間偏向δがδ＝ＬＰ・ΔθＰで与えられる。ここで、ＬＰは、偏向が発生する光路の長さ（すなわち、光路長）であり、ΔθＰは、ラジアンで測定される（図４参照）。パルス偏向角ΔθＰ（ｔ）が時間変動するため、空間偏向δは時間変動する、すなわち、δ（ｔ）であることに留意すべきである。この空間偏向における時間変動は、方向変更レーザ光線３２がパルス偏向角ΔθＰ（ｔ）の範囲を通るときの光線強度プロファイルの上述の不鮮明化（スミアリング）に相当する。一例では、光路長ＬＰは、光線方向変更素子３０と、その下流の光学部材又は光学システムとの間の軸方向距離によって規定される。一例では、下流の光学部材又は光学システムは、光線調整システム４０又は中継光学システム７０である。
【００６４】
例えば、２００ｍｍの光路長ＬＰについて、空間偏向δは、およそδ〜（２００ｍｍ）・（０．２×１０−３ｒａｄｓ）＝０．０４０ｍｍまたは４０ミクロンの最大範囲を有する。一例では、最大空間偏向δは、約１０ミクロンから約１００ミクロンの範囲であり得、他の例では、２０ミクロンから６０ミクロンの範囲であり得る。この空間偏向δの量は、アニーリング性能に実質的に影響を与えない。しかし、少量の空間偏向δは、方向変更（すなわち、偏向された）レーザ光線３２における微小な強度不均一性を平均化し、これにより、線画像８０における微小な強度不均一性を平均化できる程度に十分に均す。一例の実施形態では、不均一性の改善の程度（すなわち、微小スケール強度変化の変調減少）は、方向変更レーザ光線３２および初期レーザ光線２２の二乗平均平方根（ＲＭＳ）微小スケール強度変化Ｉｍ−ＲＭＳ（ｘ）を比較することによって測定できる。
【００６５】
微小スケール光線不均一性の数学的説明
上述したようなレーザアニーリングシステム１０において光線方向変更素子３０を用いることによって与えられる微小スケール光線強度不均一性は、数学用語で説明可能である。以下の数学的説明は、強度における単一の変調周波数、すなわち、単一の空間変化を利用する。実際には、強度プロファイルには、変調周波数の範囲がある。しかし、微小スケール強度変化の減少の背景となる基本原理は、この単純化された方法を用いて理解することができる。
【００６６】
この目的のために、理解を容易にするために与えられる以下の基本的な数理処理によって制限される意図はなく、平均化光線プロファイル強度Ｉａ（ｘ）を検討すると、光線プロファイル強度Ｉａ（ｘ）は、以下の式で与えられる。
【数１】
2016178305.tif 000002
関数Ｉ（ｘ）は、あらゆる空間偏向δを含まない元の強度プロファイルである。ＶＳは、（例えば、音響学系光線方向変更素子３０の音波によって与えられる）光線シフト速度である。関数Ｐ（ｔ）は、光パルス２２Ｐの正規化時間プロファイルであり、以下の条件を満たす。
【数２】
2016178305.tif 000003
【００６７】
Ｉ（ｘ）が、微小スケール空間変調周期ｐＳおよび強度「振幅」Ｉ１でシヌソイド関数によって変調される単純な例では、Ｐ（ｔ）は、以下のように、ガウス分布にしたがう。
【数３】
2016178305.tif 000004
また、ｔＰは、ガウスプロファイルの半値全幅であり、δ＝ＶＳ・ｔＰは、単一の光パルス２２Ｐ中の光線シフトである。この場合、強度変調は、空間偏向δの関数として指数関数的に減少するであろう。Ｉａ（ｘ）に関する上記の式は、無次元微小スケール強度変化逆減少係数ＦＲ’を規定するために使用され得る。ＦＲ’は、δ／ｐＳの関数である。
【数４】
2016178305.tif 000005
【００６８】
図７は、δ／ｐＳに対する逆減少係数ＦＲ’のプロットである。変調を効果的に取り除く（平滑化する）ために、空間偏向δの量は、微小スケール強度変化の変調周期の少なくとも次数、例えば、δ≧ｐＳである必要がある。逆減少係数ＦＲ’は、上述の減少係数ＦＲの逆数である。δ／ｐＳ＞１の値に対する逆減少係数ＦＲ’の大きさは、非常に小さく（すなわち、大幅な減少）、例えば、δ／ｐＳ＞１．５に対して０．００３よりも小さい（すなわち、ＦＲ＞１０００）ことにも留意すべきである。このような大きな数値は、微小スケール強度変動の単純化処理に起因する。この単純化処理では、変調周期ｐＳについて単一の数値を用いる。実際には、変調周期ｐＳの範囲にわたって起こる平滑化処理または平均化処理は、減少係数ＦＲを減少させる（あるいは、逆減少係数ＦＲ’を増加させる）。
【００６９】
したがって、変調周期ｐＳがλ／４から４０λの範囲内である例では、空間偏向δは、同じ範囲内となり得るか、あるいは、δ≧ｐＳという条件を満たす限りにおいて、空間偏向δは大きな範囲を取り得る。一例では、空間偏向δの上限は、１００ミクロンまたは０．１ｍｍであり、より好ましくは、５０ミクロンまたは０．０５ｍｍであり、さらに好ましくは、２５ミクロンまたは０．０２５ｍｍである。空間偏向δの上限は、どの程度の線画像８０が、既定のアニーリングプロセスに悪影響を与えない状態で、その通常の（すなわち、偏向されていない）位置からその長さに沿ってシフトできるかに関しての許容誤差によって決定される。一例では、変調周期ｐＳは、λ／２から２０λの範囲内にあり、λ＝５３２ｎｍである場合、約０．２５ミクロンから約１０ミクロンの範囲内となる。
【００７０】
二次元微小スケール強度変化
上述の説明では、一次元（１Ｄ）変調が想定されている。実際には、ｘ次元及びｙ次元の両方において微小スケール強度変化（変調）が発生し得る。一例のレーザアニーリングシステム１０では、２つの別個の光線方向変更素子３０を使用することができる。この光線方向変更素子３０は、光線シフトδ（すなわち、δｘ及びδｙ）が互いに直交するように構成される。この方法によると、レーザアニーリングシステム１０の費用及び複雑さが増大し、レーザ光線の電力損失も増加し得る。ＡＯＤ光線方向変更素子３０の場合には、効率は、通常約８０％となる。光路中にこのような２つのＡＯＤ光線方向変更素子３０が配置されると、電力損失は、２０％から３６％に増加する。
【００７１】
２Ｄ微小スケール強度変化の負荷を軽減するための代替の方法は、単一の光線方向変更素子３０を使用して、有限回転角φで光軸Ａ１に対して回転させることである。これにより、光線方向変更素子３０は、ｘ方向及びｙ方向の両方において各光パルス２２Ｐを偏向することができる。最適な回転角φは、形成される実際の干渉パターンに依存する。例えば、以下の２Ｄ強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）について、最適回転角は、約２７度である。
【数５】
2016178305.tif 000006
【００７２】
図８は、このような仮想分布について回転角φ（度）の関数としてシミュレートされた（非回転での変調値に正規化された）上下変調Ｍのプロット図である。非回転の場合と比較して、シミュレートされた上下変調Ｍは回転に伴って劇的に減少する。したがって、一実施形態では、レーザアニーリングシステム１０は、単一の光線方向変更素子３０を含む。光線方向変更素子３０は、光軸Ａ１に対して回転角φで回転する。一例では、回転角φは、シミュレートされた上下変調Ｍを最小化するために最適化される。これは、微小スケール強度変化を特徴化するための一方法である。
【００７３】
図９は、偏向レーザ光線（すなわち、偏向光パルス）及び非偏向レーザ光線（すなわち、非偏向光パルス）の両方について、図２に示す一例のレーザアニーリングシステム１０で得られた実験結果であって、位置（ｍｍ）に対する（平均値に正規化された）強度カウントのプロット図である。説明の便宜上、偏向レーザ光線のデータは、非偏向のデータから１だけオフセットされている。光線方向変更素子３０は、ＡＯＭとした。ＡＯＭ反復率（周波数）ｆａ＿ｒｅｐ及びレーザパルス周波数ｆｒｅｐは、ともに１０ｋＨｚであった。ＡＯＭ帯域幅Δｆａは、約１００ＭＨｚであった。使用されるその他のシステムパラメータは、図６のプロット図に関連して用いられるパラメータと同じとした。強度カウントは、画像面ＩＰに配置される高解像度ＣＭＯＳイメージセンサによって捉えられる光線プロファイル画像の断面から取得された。光線プロファイル画像のより明るい部分は、非偏向光線に相当し、より暗い部分は、偏向光線に相当する。
【００７４】
データは、光線強度変調において約３倍（３×）の減少を示す。実際の変調の低減は、干渉パターンの性質に依存する。上述のように、典型的な干渉パターンは、異なる空間周期性を有する強度変調を含む。通常、この変調の低減は、ｐＳ＜δの周期性を有する微小スケール強度変化に対して最も効果が高く、ｐＳ＞δの周期性を有する微小スケール強度変化に対して効果がより低くなる。上述のように、微小スケール強度変化における典型的な変調低減は、１．５倍（１．５×）以上であり、例えば、２倍（２×）から５倍（５×）である。図９に示される非偏向光線プロファイルについて、モデル計算は、空間偏向δを用いて約３倍（３×）の変調の減少を予測する。これは、実験結果と一致する。
【００７５】
当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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