(57)【要約】  表面処理方法及び装置は、準連続波ファイバーレーザーを動作させる段階と、瞬間的なスポットビームが最適な幾何寸法、強度プロファイル及びパワーを有するようにレーザービームを走査前に整形する段階と、走査前ビームを表面に向かって偏向された複数のサブビームに分割するために最適な角速度及び角度範囲でスキャナーを動作させる段階と、瞬間的なスポットビームが走査方向に所望の長さにわたって所望の走査速度で掃引され、それによって処理される表面が所定の露光持続時間だけ露光され、エキシマー及びバーストモードファイバーレーザーで処理された表面と同等の品質を有する処理表面を提供する所定の光束分布を有することができるように選択された、最適な幾何寸法、パワー、角速度及び角度範囲を有するスポットビームを提供するために、走査後光学アセンブリーを通ってサブビームを案内する段階と、を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスパネル上に成膜されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を処理する方法であって、
（ａ）ビームを、所望のパワーＰで走査前経路に沿って、最大１００％の所望のデューティサイクルで動作する少なくとも１つの準連続波（ＱＣＷ）ファイバーレーザーから出力する段階と、
（ｂ）前記ビームをスキャナーユニット上に入射させ、それによって、前記ビームを、所望の角度範囲内で、前記ａ−Ｓｉ膜に向けて所望の角速度で前記走査前経路から逸らされた複数のサブビームに時間的にチョッピングする段階と、
（ｃ）逸らされた各サブビームを光学的に整形して、スポット長さＬｓ及びスポット幅Ｗｓ並びに走査方向における空間強度ビームプロファイルを有する光のスポットを前記ａ−Ｓｉ膜上に提供する段階と、
（ｄ）所望の走査速度Ｖｓｃａｎで走査方向に前記膜にわたって前記スポットを掃引して、それによって所定の長さＬｓｃａｎ及び幅Ｗｓの前記膜のストライプを形成する段階であって、前記走査速度及び空間ビームプロファイルが、前記ストライプの各位置において制御された露光持続時間を発生させ、前記ストライプ内の各位置において、前記走査方向における所望の光束分布を提供する段階と、
（ｅ）前記ガラスパネルを走査と交差する方向に連続的に変位させ、それによって、最大でスポット幅Ｗｓに等しい距離ｄｙで互いの方向から離隔され、一体として前記ストライプの長さＬｓｃａｎに対応する列幅で列を画定する複数の連続的な走査されたストライプを順に形成する段階と、
を含む、方法。
【請求項２】
ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）結晶粒をフィードバック過熱に起因するＳｉ膜の劣化及び物理的破壊から防ぐために、前記距離ｄｙが０．０２５ＷｓからＷｓの間で変化し、前記連続的な走査されたストライプの形成の反復率が増大するにつれて、ある範囲内で増大する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記各段階の前のシーケンスがｐ−Ｓｉの所望の結晶粒の大きさ及び配向を達成しなかった場合に、Ｓｉ膜の列をさらに処理するために、前記段階（ａ）から（ｄ）までを繰り返す段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームの各スポットが、走査の反対方向において、前記スポットから、前記幅Ｗｓの少なくとも１０倍大きい長さＬｍだけ離隔された頂点を有する、完全に溶融した三角形の形状の膜ストリップを生成するように、前記所望の走査速度Ｖｓｃａｎ及びビーム強度プロファイルが制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ガラスパネルが、ｐ−Ｓｉの列の形成の間、ｍｍ／秒の程度のパネル速度で、走査と交差する方向に連続的に変位され、前記走査速度がｋｍ／秒の程度に維持される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
１００％デューティサイクルで動作するＱＣＷファイバーレーザーからのビームによって引き起こされるのと同一のａ−Ｓｉの熱応答を発生させるのに十分である、８０から１５０ＭＨｚのパルス反復周波数でビームを出力するように、前記ＱＣＷファイバーレーザーが、１００％未満のデューティサイクルで動作する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記列の幅が前記パネルの幅よりも小さい場合に最大で前記列の幅Ｌｓｃａｎに等しい距離ｄｘだけ、前記パネルを前記走査方向に変位させる段階と、
前記段階（ａ）から（ｅ）を繰り返し、それによって、前記距離ｄｘだけ互いにシフトしたｐ−Ｓｉの少なくとも１つの別の列を形成する段階であって、隣接するストライプ間の距離ｄｙ及び隣接する列間の距離ｄｘが、前記処理された膜の各位置が１０から４０回の範囲で照射されるように選択される段階と、
前記パネルを前記走査方向に繰り返し変位して前記列を形成し、それによって前記パネルの全体にわたって前記ｐ−Ｓｉ膜を形成する段階と、をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記パネルを前記走査方向に最大０．５ｍｍの距離ｄｘだけ変位する段階が、可視のムラを生じさせないようにする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記距離ｄｙ及びｄｘが、互いと等しいか、または互いに異なるが、各位置における積ｄｘ＊ｄｙが一定であるように選択される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの追加的なスポットをさらに含み、それによって、走査方向、走査と交差する方向、または走査方向及び走査と交差する方向の両方のうちいずれか１つにおいて所望の空間強度プロファイルを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記走査と交差する方向においてガウシアン、超ガウシアンまたはフラットトップ強度プロファイルを有するように、前記膜に入射する前記サブビームを整形する段階をさらに含み、前記超ガウシアン分布のべき乗指数が２よりも大きい、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記走査方向及び前記走査と交差する方向のそれぞれにおいて前記サブビームを整形し、それによって前記走査方向及び前記走査と交差する方向のそれぞれにおいて所望の空間強度プロファイルを有する段階をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記膜に入射する前記サブビームの偏光を制御し、それによって多結晶結晶粒の整列を制御する段階をさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記膜に入射する前記サブビームの偏光が、前記スポットビームの走査方向に対して垂直になるように設定されるように、前記ビームの偏光方向を制御し、それによって多結晶結晶粒の整列を制御する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ビームが、紫外線（ＵＶ）波長範囲の単一モードである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ビームの出力がマルチモードである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
光音響回折器（ＡＯＤ）、一体に結合されて多角形ミラーを画定する複数の回転ミラー、または前記ＡＯＤ及び前記多角形ミラーの両方を含む、スキャナーユニットを較正する段階をさらに含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＡＯＤの上流で前記ビームをコリメートする段階と、
前記多角形ミラーの隣接するミラー間の自由空間領域へのビームの入射が防止されるように、または、前記走査されたストライプが前記ストライプの最大長さよりも小さい所定の長さＬｓｃａｎを有し、前記長さの最大値が数十センチメートルであるように前記ＡＯＤをオフ及びオンにすることによって、前記ＱＣＷファイバーレーザーをゲーティングする段階と、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記走査と交差する方向に前記パネルを変位する際に、前記多角形ミラーの各ミラーに関して前記ＡＯＤの入力において高周波（ＲＦ）を調整し、それによって、各ミラーによって生成された前記走査されたストライプが互いに対して確実にシフトされないようにする段階をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ストライプの長さＬｓｃａｎに沿った複数の離隔された位置において、前記パネルに入射する前記サブビームの焦点深度を測定する段階と、
前記各位置における信号を測定する段階と、
生成された信号を参照値と比較する段階と、
必要であれば、前記サブビームの発散を調整できるように、前記ＡＯＤの入力においてＲＦ周波数を変調し、それによって前記焦点深度を変更する段階と、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＡＯＤの入力における複数のＲＦを発生させる段階と、
前記走査と交差する方向におけるサブビームの発散を変化させるために各ＲＦの振幅を調整し、それによって、前記ストライプにわたる所望の強度プロファイルを提供する段階をさらに含み、
前記強度プロファイルがガウシアン分布、超ガウシアン分布またはフラットトップ分布から選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ストライプの長さＬｓｃａｎに沿った複数の離隔された位置において前記パネルに入射する前記サブビームの焦点深度を測定する段階と、
前記位置のそれぞれにおいて信号を発生させる段階と、
発生した信号を参照値と比較する段階と、
必要であれば１つまたは複数の機械的デバイスの入力におけるＲＦ周波数を変調し、それによってＳｉ膜における焦点深度を変化させるために前記サブビームの発散を調整する段階と、をさらに含み、
前記機械的デバイスがボイスコイルまたは圧電アクチュエータを含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
焦点面が前記パネルの表面を追跡するように、前記スキャナーユニットと前記パネルとの間に変形可能な光学系を設ける段階をさらに含み、前記変形可能な光学系が１つまたは複数の変形可能なミラーを含み、前記変形可能なミラーがそれぞれ、前記パネルの表面の不均一性を補償するために、前記サブビームの長さ及び前記多角形ミラーの各ミラーの長さに沿った連続的に変化可能な曲率半径を有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
ワークピースの表面を処理するための装置であって、
走査前経路にそって一定のパワーでレーザービームを放出するように動作可能なＱＣＷファイバーレザーと、
瞬間的なスポットビームが最適な幾何学的寸法、強度プロファイル及びパワーを有するように、前記レーザービームを整形するように動作する走査前ビーム調整器と、
前記走査前ビーム調整器の下流に配置され、前記レーザービームを受けて前記走査前経路から逸らされた複数のサブビームに分離するように動作するスキャナーであって、前記スキャナーが最適な角速度及び角度範囲で動作する、スキャナーと、
最適な幾何学的寸法、パワー、角速度及び範囲を有するスポットビームを提供するように動作する走査後光学アセンブリーであって、瞬間的な前記スポットビームが、走査されるストライプ内で必要な露光持続時間及び光束を生成できるように、線形走査方向に、所望の走査速度で掃引されるように、スポット寸法及び強度プロファイルが選択される、走査後光学アセンブリーと、
列を画定するように互いの上に積層された複数の均一なストライプを形成するように、少なくとも走査と交差する方向に前記ワークピースを変位するように動作する多軸ステージであって、前記所望の走査速度及び光束が、エキシマー及びバーストモードファイバーレーザーによって処理される表面と同等の表面の所望の品質を提供する、多軸ステージと、を含む、装置。
【請求項２５】
前記ＱＣＷファイバーレーザーが、最大１００％のデューティサイクルで動作し、１００％未満のデューティサイクルで、前記ＱＣＷファイバーレーザーが、１００％のデューティサイクルを有するＱＣＷファイバーレーザーからのビームによって生成されるのと同一の処理表面の熱応答を発生させる、８０から１５０ＭＨｚの一定のパルス反復周波数で、前記ＱＣＷファイバーレーザーが一連のナノ秒パルスを出力する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記ＱＣＷファイバーレーザーが、単一モードまたは複数横モードで前記レーザービームを出力する、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記走査前ビーム調整器が、一定のパワーを最適なパワーに低めるように動作可能である偏光器アセンブリー及び走査前レンズアセンブリーを有して構成される、請求項２４から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記走査前ビーム調整器の下流に位置し、最適なパワーから逸脱した場合に一定のパワーを調整するように前記偏光器に結合されたパワーコントローラーをさらに含む、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記走査前ビーム調整器がさらに、光音響回折器（ＡＯＤ）を含むスキャナーの上流において平行になるように、前記レーザービームを整形するコリメーターを含む、請求項２４から２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記走査方向、走査と交差する方向、または走査方向及び走査と交差する方向の両方において所望の強度プロファイルを有するレーザービームを出力するためにビーム結合器を有して構成された、前記走査前ビーム調整器に入射する各レーザービームを出力する複数のＱＣＷファイバーレーザーをさらに含み、前記所望の強度プロファイルが、ガウシアンプロファイル、超ガウシアンプロファイル、フラットトッププロファイル及びこれらのプロファイルの組合せからなる群から選択される、請求項２４から２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記スキャナーが多角形ミラー、ＡＯＤまたはＡＯＤと多角形ミラーとの組み合わせとして構成され、前記ＡＯＤの下流に配置され、前記ワークピースにおいてｋｍ／秒の程度の速度を発生させるようにすべてが動作する、請求項２４から３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記ＡＯＤが、前記多角形ミラーの隣接するファセット間の隙間への前記レーザービームの入射を防止するために、前記ＱＣＷファイバーレーザーをゲーティングするように動作可能である、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記ＡＯＤが、前記多角形ミラーから偏向された前記サブビームの発散角を制御するように、前記ＡＯＤを駆動するように動作可能なＲＦ発生器を含む、請求項３１または３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記ＡＯＤが、前記ポリゴンのファセットのポインティング誤差及び処理される表面の不均一性を補償できるように、発散角を変更するように動作可能である、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記ＲＦ発生器が、前記走査方向における前記スポットビームの空間プロファイルを制御できるように、複数の異なる周波数を前記ＡＯＤに出力するように動作可能である、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記走査後光学アセンブリーが、球面対物レンズ、アナモフィック対物レンズ、及び球面対物レンズとアナモフィック対物レンズとの組み合わせからなる群から選択される対物レンズを有して構成される、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記球面対物レンズが球面Ｆシータを含み、前記アナモフィック対物レンズが固定された縮小率を有する球面結像レンズを含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記アナモフィック対物レンズが、アナモフィックＦシータ、円筒形またはアナモフィック結像レンズを含み、前記アナモフィック結像レンズが、走査方向及び走査と交差する方向において異なる拡大率を有して構成された、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記球面結像レンズ、円筒形結像レンズ及びアナモフィック結像レンズを含む前記走査後光学系がさらに、前記対物レンズの下流に配置され、前記走査と交差する方向において前記スポットビームを調整するように機能する１つまたは複数の円筒形レンズを含む、請求項３６または３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記多軸ステージが、前記列を形成するために前記ストライプの幅全体を超過しない距離ｄｙにわたって、ｍ／秒程度の速度で前記走査と交差する方向に前記ワークピースを連続的に移動させるように動作可能である、請求項２４から３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記多軸ステージが、最大で列の幅に等しい距離ｄｘだけ前記走査方向に前記ワークピースを変位するように動作可能であり、前記走査と交差する方向における隣接するストライプ間の距離及び、隣接する列間の距離が、処理される表面の各位置が１０から４０回の範囲で照射されるように選択される、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記距離ｄｙ及びｄｘが、互いと等しいか、または互いに異なるが各位置における積ｄｘ＊ｄｙが一定であるように選択される、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記スキャナーと前記ワークピースの間に、前記表面の不均一性を補償するように動作する変形可能な光学系をさらに含む、請求項２４から４２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４４】
前記ストライプがそれぞれ、数ミリメートルから１メートルまで変化する長さを有する、請求項２４から４３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
ガラスパネル上に成膜されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を処理するための装置であって、
経路に沿って所望のパワーＰでビームを出力できるように、最大１００％の所望のディーディサイクルで動作する少なくとも１つの準連続波（ＱＣＷ）ファイバーレーザーアセンブリーと、
前記ビームを、前記ａ−Ｓｉ膜に向けて所望の角度範囲内で前記経路から外れた複数のサブビームに偏向するスキャナーと、
前記Ｓｉ膜に入射する、逸らされた各サブビームが、走査方向における長さＬｓ、スポット幅Ｗｓ、及び前記走査方向における空間強度ビームプロファイルを有する光のスポットを提供するように、前記ビームを光学的に整形するように動作する走査前光学アセンブリー及び走査後光学アセンブリーと、
複数の連続的な走査されたストライプが、最大でスポット幅Ｗｓに等しい距離ｄｙだけ互いに離隔され、一体として、前記ストライプの長さＬｓｘａｎに対応する列幅を有する列を画定するように、走査と交差する方向に前記ガラスパネルを連続的に変位させるように動作するステージと、を含み、
前記長さＬｓ、幅Ｗｓ及び強度ビームプロファイルを有する前記スポットが、所望の走査速度Ｖｓｃａｎで前記走査方向に前記膜にわたって掃引され、それによって所望の長さＬｓｃａｎ及び幅Ｗｓの前記膜のストライプを形成し、前記ストライプの各位置において制御された露光持続時間を生成し、前記ストライプ内の各位置において前記走査方向に所望の光束分布を提供するような強度ビームプロファイルで掃引される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アモルファス薄膜を処理するための連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ，ＣＷ）または準ＣＷ（Ｑｕａｓｉ  ＣＷ，ＱＣＷ）の高デューティファイバーレーザー及び高速走査システムを利用する方法及び装置に関し、使用されるレーザーパワー、ビームプロファイル及び走査速度は、所望の露光持続時間及び光束を発生させる。
【背景技術】
【０００２】
平面ディスプレイをアニールするためのファイバーレーザーアニーリング（Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ，ＦＬＡ）及び逐次横成長固化（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＳＬＳ）方法におけるバーストモードＱＣＷファイバーレーザーの用途が知られている。例えば、アニーリングプロセスで使用されるバーストモードＱＣＷファイバーレーザーは、参照により本明細書に完全に組み込まれ、本出願の出願人によって共有されている特許文献１に開示されている。バーストモードＱＣＷファイバーレーザー、すなわち、紫外（ＵＶ）光の複数の長いバーストまたはパケットを出力し、各バーストが、バースト反復率（Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ，ＲＲ）よりも高いパルス反復率（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ，ＰＲＲ）で放出される複数のパルスによって画定されるように動作可能なレーザーによって実施される結果は、エキシマーレーザーと同等であることが示されている。ＱＣＷファイバーレーザーは、特許文献２に詳細に開示されており、これも本出願と共有され、参照により本明細書に完全に組み込まれている。
【０００３】
例えば、ＳＬＳ及びエキシマーレーザーアニーリング（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ、ＥＬＡ）法の両方で使用されるエキシマーレーザーと比較したバーストモードＱＣＷファイバーレーザーの利点は、特許文献１に詳細に記載されている。しかし、バーストモードＱＣＷファイバーレーザーは、前述のアニーリングプロセスに関して、均一なＰＲＲで一連のパルスを放出する「通常の」ＱＣＷファイバーレーザーと比較すると、特定の疑問の余地がないわけではない。
【０００４】
例えば、バーストモードＱＣＷファイバーレーザー光源の連続的な走査は、バーストモードＱＣＷレーザーよりも高いＰＲＲで動作するＱＣＷ（またはＣＷ）ファイバーレーザーと比較すると、ピークパワーに対する平均値の効率を悪化させる。バーストモードＱＣＷの効率がより低いのは、そのデューティサイクルが、１００％に達しうる「通常の」高いＰＲＲのＱＣＷのそれと全く近くないことに起因する。そのため、同等のレーザーピークパワーでは、バーストモードＱＣＷファイバーレーザーで達成可能な処理速度は、高デューティの通常のＱＣＷファイバーレーザーによって達成されるものよりも遅く、この優位性は、Ｓｉアニーリング及びその他の表面処理プロセスにおける通常のＱＣＷファイバーレーザーの使用の必要性を正当化する。
【０００５】
また、バーストモードＱＣＷファイバーレーザーに基づくＳｉアニーリングシステムは、走査軸に沿った所望の強度プロファイルを得るために、ホモジナイザーを必要とする。対照的に、この複雑でコストの高い装置は、通常のＱＣＷを有するＳｉアニーリングシステムの一部ではない。
【０００６】
通常のＱＣＷファイバーレーザーと比較した場合におけるバーストモードＱＣＷファイバーレーザーのさらなる別の欠点は、レーザーバーストエネルギーからの露光ラインの長さの依存性を含む。したがって、バーストモードＱＣＷレーザーに露光される長いストライプは、高いレーザーバーストエネルギーを必要とする。対照的に、露光されるストライプは、改善されたデューティサイクル及び走査方法に起因して、通常のＱＣＷファイバーレーザーのパワーには依存しない長さを有する。
【０００７】
バーストモードＱＣＷのパワー安定性及びモード安定性を制御することは、より高い一定のＰＲＲにおける通常のＱＣＷの動作の同じパラメータを制御するよりも困難である。また、バーストモードＱＣＷファイバーレーザーとは対照的に、通常のＱＣＷファイバーレーザーは、より多くのアニーリング用途で使用可能である。
【０００８】
したがって、様々なＳｉフィルムアニーリング用途及び、特にバーストモードＱＣＷファイバーレーザーに対する通常のＱＣＷファイバーレーザーの利点から利益を得る長いラインを必要とする用途についての必要性が存在する。
【０００９】
特許文献１の装置の使用は、本出願に開示される開発段階において予期されていなかった問題を明らかにした。例えば、特許文献１には様々なスキャナーの構成が開示されており、そのそれぞれは、利点及び欠点を有し、これらは最終製品に及ぼしうる影響の点で正当に評価されないことがある。ガルバノメーターは、移動する部分の質量に起因して、限定された回折角速度を有することが知られている。速度は、光音響回折器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒｓ，ＡＯＤｓ）では問題とならないが、制限された回折角の範囲は問題である。ミラースキャナー及び、より具体的には複数の反射ファセットを有する、多角形ミラーであるミラースキャナーを回転させることは、アニーリングの品質及び、特に、走査方向におけるストライプまたはラインに沿った光束プロファイルの均一性に悪影響を及ぼす製造欠陥を有することが知られている。多角形ミラーは、特に、長いストライプ、すなわち好適には２ｍｍよりも長いストライプをアニーリングするために設計された様々な光学構成において利用される。そのため、スキャナーの使用を伴うアニーリング用途において、多角形ミラーは、可能な限り製造欠陥を有しないことが望ましい。
【００１０】
特許文献１のバーストモードＱＣＷファイバーレーザーは、個別のバーストモードファイバーレーザーからのラインビームの長さよりも長い大きさの程度であるアニーリングパネルで主に使用される。ビームステッチングは、リップルの出現における不均一な輝度を表示するレーザー処理されたパネルで観察される現象であるムラ（Ｍｕｒａ）の形成を伴っていた。アニールされたポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）パネルの品質が悪く、そのため、アニーリングプロセスにおけるバーストモードＱＣＷファイバーレーザーの使用を制限するため、ムラは許容できるものではない。
【００１１】
周知のファイバーレーザーベースのアニーリングシステムは、典型的には複数のサブアセンブリーを含む複雑な構造を有する。例えば、ＳＬＳプロセスにおけるバーストモードＱＣＷファイバーレーザーの使用は、フライアイ、非球面、非円筒形及びその他の手段を含むホモジナイザーを必要とする。比較的低い反復率で動作するバーストモードＱＣＷファイバーレーザーのパワー安定性及びモード安定性を制御することは、技術的な困難を有する。バーストＱＣＷファイバーレーザーのピークパワーに対する平均値の効率は改善されるべきである。
【００１２】
したがって、アモルファス薄膜を処理するためのＣＷまたは高デューティＱＣＷレーザーであって、使用されるレーザーパワー、ビームプロファイル及び走査速度が、特定の持続時間と同等であるか、またはバーストモードＱＣＷファイバーレーザーではあるがこれに関する前述の問題を有さない、制御された露光持続時間及び光束を発生させる、ＣＷまたは高デューティＱＣＷレーザーを利用する走査方法の必要性が存在する。
【００１３】
またさらに、高速スキャナーに沿って、周知の製造欠陥の少なくともいくつかを識別及び修正させ、本開示の走査方法を実現する高デューティＱＣＷレーザーモードで動作することが可能なＣＷレーザーの必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６２１８６０５７号
【特許文献２】米国特許出願第１４／７９０１７０号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本開示によれば、本発明の方法は、制限なく、ＦＬＡアモルファスＳｉアニーリング、ＳＬＳアモルファスＳｉアニーリング、ＳｉＣアニーリング（例えばオーミックコンタクト）及びポリイミドレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）用途を含む様々な用途に適用される。「通常の」ＱＣＷファイバーレーザー及び高速スキャナーアセンブリーを利用する本発明の方法は、レーザーエネルギー、スポットビーム特性及び走査速度を所望の露光持続時間及び光束に基づいて選択する段階を含み、これらはエキシマー及びバーストＱＣＷファイバーレーザーを利用する表面処理プロセスにおいて所望の結果をもたらすことが知られている。スポットビーム特性は、ターゲット上の光スポットの長さ、幅及び強度プロファイルを含む。開示された方法及び、本方法を実施する装置の両方に関する本発明の概念は、以下の議論から分かるように、全て構造的及び機能的に互いに結びついた多数の態様を有する。
【００１６】
本開示の１つの態様によれば、通常のＱＣＷレーザーは、所望のパワーＰでビームを出力することができる、最大１００％の制御可能なデューティサイクルで動作する。ビームが走査前経路に沿って伝搬すると、スキャナーアセンブリーによって、走査後経路に沿ってアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜などの処理される表面に向けて所望の角度範囲内で走査前経路から偏向された、複数のビームに、時間的に分割またはチョッピングされる。
【００１７】
ａ−Ｓｉに入射する個々のサブビームは、スポット長さＬｓ、スポット幅Ｗｓなどの所望の幾何学的パラメータ並びに所望の強度ビームプロファイルを、走査方向及び走査と交差する方向にそれぞれ一致する走査スポット軸及び走査と交差するスポット軸の両方において有するスポットを形成する。走査方向における強度プロファイルは、ＦＬＡ／ＥＬＡプロセスにおいて得られるものと同等でありうる良好な結果を得るために特に重要である。スポット幅Ｗｓはむしろ小さく、存在する場合にはプロファイルの不均一性は実際上識別できないが、必要であれば依然として制御されうる。スポットビームパラメータは、所望の長さの短い及び／または長いストライプの生成のために設計された光学走査前／走査後アセンブリーによって決定され、短いストライプは、最大で数ミリメートルの長さのラインである。
【００１８】
所望のスポットビームパラメータを有するスポットビームは、所望の走査速度Ｖｓｃａｎで走査方向に掃引され、それによって、所定の長さＬｓｃａｎ及び幅Ｗｓの膜のストライプを形成する。所望の走査速度及びビームプロファイルは、ストライプの各位置において制御された露光持続時間を生成し、これはこれらの位置のそれぞれにおいて、そして結果としてストライプの領域全体にわたって、走査方向に所望の光束分布を提供する。
【００１９】
所望の長さＬｓｃａｎ、幅Ｗｓ及び光束分布を有するストライプが形成されると、表面の残りの部分が、表面の長さに対応する少なくとも走査と交差する方向にレーザー処理される必要がある。これは、互いに対して距離ｄｙだけ離隔された複数の連続する走査されたストライプを順に形成するように、走査と交差する方向に表面を支持するプラットフォームを連続的に変位することによって達成される。走査と交差する方向におけるパネルの変位の速度は、距離ｄｙが最大でスポット幅Ｗｓに等しいように選択される。パネルの所望の長さをカバーするストライプの形成は、ストライプＬｓｃａｎの長さに対応する列幅を有する列を構成する。
【００２０】
本開示の以下の態様において、前述のパラメータの全てが、所望の光束分布が均一でありうるように、または不均一でありうるように選択され、制御される。列の形成後、光束分布が予測と合致しない場合、前述の態様に開示されるプロセスが、所望の結果が得られるまで繰り返される。
【００２１】
ＦＬＡなどの同じ膜の位置の複数の照射を典型的に必要とするプロセスにおいて、同じ位置の後続の照射の間の期間が厳密に制御されることが必要である。これは、任意の所定のプロセスの性質によって説明可能である。例えば、ＦＬＡでは、膜の深さ全体がアニールされるべきではない。また、膜の過熱は破損につながる。したがって、走査と交差する方向における膜の変位は連続的であるため、再度の照射の準備ができた、事前に照射された位置の温度が理論的または経験的に決定された閾値に対応するように移動する。
【００２２】
別の態様は、個々の列の形成の間の各スポットの熱反応が、部分的に溶融した、三角形に形成された膜の領域によって呈されるように、走査速度Ｖｓｃａｎ及びレーザービームエネルギーを制御することに関する。所望の条件下で、この領域は、ストライプの幅Ｗｓよりも少なくとも１０倍大きい長さＬｓだけ、走査と反対の方向にスポットから離隔された頂点を有する。
【００２３】
開示されたＱＣＷファイバーレーザーが１００％よりも小さなデューティサイクルで動作する場合、等価なＣＷ（１００％のデューティサイクル）として動作するＱＣＷファイバーレーザーからのビームによって生じるのと同じａ−Ｓｉの熱反応を発生させるのに十分である、８０から１５０ＭＨｚのパルス反復周波数でビームを出力する。
【００２４】
開示された方法の別の態様は、製造されたパネルまたはデバイスの幅と実質的に同じまたはそれより小さい場合がありうるストライプ長さに関する。この場合において、複数の列が、パネルまたはデバイスの所望の幅をカバーするのに必要とされる。これは、処理される表面を、最大で列の幅Ｌｓｃａｎと等しい距離ｄｘだけ走査方向に変位することによって実現される。結果的に、膜が所望の距離だけ走査方向に変位すると、上記の特徴または段階の全てが、膜の幅全体をカバーするのに必要な数の列を形成するように繰り返される。走査方向において距離ｄｘの変位が必要な場合、個別の列の連続するストライプの間の距離ｄｙに沿ったこの距離は、処理される膜の各位置が最大３０回照射されるように選択される。走査方向における変位は、重なった列に関するムラとしての望ましくない現象を防ぐために制御されるべきである。隣接する列の間の距離ｄｘは、ストライプ長さＬｓｃａｎに依存し、所定のプロセスにおいてムラを形成されることが知られている距離を超過すべきではない。典型的には短い走査長さに関する状況において、この距離は好適には最大で０．５ｍｍであり、開示されたプロセスの間、制御される。
【００２５】
前述の態様のいずれかの不可欠な部分である別の特徴は、ｄｙ及びｄｘが列ごとに変化しうるという状況を含む。
【００２６】
ＱＣＷファイバーレーザーを利用するＳＬＳ及びＦＬＡ結晶化プロセスの両方において、エキシマーレーザーと類似する時間プロファイルを実施することが好適でありうる。典型的には、標準的なＥＬＡアニーリングプロセスにおいて、エキシマーレーザービームは以下の強度時間プロファイル、すなわち短い持続時間、高い強度スパイク及びそれに続くより長い持続時間、より低い強度テールを有する。この時間プロファイルは、初期スパイクがＳｉ膜の溶融を生じさせることができる一方、テール部分は溶融した膜の制御された冷却及び結晶化を可能にする。
【００２７】
したがって、走査方向における強度プロファイルの改善を可能にする本発明の構成及び方法の段階は、ビーム間の空間オフセット並びに個別のビームの寸法及びパワーが、最適なアニーリングプロセスのために調整されうる所望の時間プロファイルを生成するように、重複する複数のガウシアンビームを含む。複数のビームは、複数のレーザーによって、単一のレーザーのビームを分割することによって、または分割されたビームを有する複数のレーザーによって、生成可能である。所望の強度プロファイルは、走査と交差する方向において、ガウシアン、超ガウシアンまたはその他任意の所望の種類を含みうる。同じプロファイルは、交差方向の強度プロファイルに関連する。
【００２８】
前述の態様の１つのプロセスは、膜に入射するサブビームの偏光が走査方向と垂直であり、それによって多結晶の結晶粒の整列を制御するように、ビームの偏光を制御することをさらに含む。
【００２９】
好適には前述の特徴のそれぞれは、開示されたＱＣＷファイバーレーザーによって出力される単一モード（ＳＭ）ビームに関する。しかし、いくつかの用途は、ビーム品質パラメータに対して厳密な制限を有さない。結果として、ビームはＳＭまたはマルチモード（ＭＭ）のいずれかでありうる。
【００３０】
上述の態様のいずれかにおいて開示されるスキャナーユニットは、光音響回折器（ＡＯＤ）、一体として多角形ミラーを画定するように組み立てられた複数の回転するミラーもしくはファセット、またはＡＯＤ及び多角形ミラーを含む。多角形ミラーを含むスキャナーユニットの任意の方式において、本発明の特徴は、以下の理由でこれらを較正することを含む。
【００３１】
複数ファセットの多角形ミラーは、回転面に対するファセットポインティング誤差を生じる傾向がある。特定の実施形態の許容誤差に応じて、ファセット修正を実施することが必要でありうる。高い回転周波数において、ファセットごとの滞留時間が短いことは、光学的機械的ポインティング修正を不要にする。この場合、ＡＯＤの実施が、典型的には８０％未満である必須の光学効率で必要でありうる。
【００３２】
ＡＯＤは、その構造特有の複数の利点を有する。実質的に１０μｓ未満である高速なポインティング修正時間を有するだけでなく、前述の全ての態様において、多角形ミラーの頂点がビームを通過する際にビームをオン及びオフに変調することが使用される。また、個別の走査ライン及び／または長期間のパワードリフト／変動修正においてターゲット上へのレーザーパワーに対する精密な調整を行うためにも使用可能である。
【００３３】
本開示のさらなる態様において、ＡＯＤは、焦点深度を制御するために使用される。この特徴は、サブビームの発散を調整し、それによって焦点深度を変更するために、ＡＯＤの入力における高周波（ＲＦ）の変調を含む。
【００３４】
本開示の別の態様は、様々な走査後光学構成を含む。ストライプの所望の長さに応じて、光学構成は、長いストライプの生成において通常使用されるＦシータレンズを含みうる。短いラインの生成は、縮小光学系を必要としうる。本態様の特定の特徴は、走査方向など、方向の１つにおけるビームイメージが縮小を必要としないが、その他の、走査と交差する方向では、ビームの大きさが縮小されるべきであるような状況に関する。
【００３５】
本発明の方法及び装置において個別にまたは任意の組合せで使用可能である前述の及びその他の態様及び特徴は、以下の図面からより容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法を実行する、本発明のアニーリング装置の斜視図である。
【図２】本発明の方法を表すフロー図である。
【図３】アニールされるＳｉ膜上にストライプを形成する図１の装置の動作を概略的に表す。
【図４】単一のストライプの形成の概略図である。
【図５】短いラインビームを用いた走査方向及び走査と交差する方向における単一位置に関する複数パスの重複を示す概略図である。
【図６】理想的なトップハットビーム強度プロファイルの図である。
【図７】図７Ａから７Ｄはそれぞれ、処理される材料の過熱を防ぐように設計された列形成で使用されるステップパターンを示す。
【図８】走査方向及び走査と交差する方向におけるガウシアン及び超ガウシアン強度プロファイルを伴うビームスポットの例示的な図である。
【図９】多角形ミラーの等角直交図である。
【図１０】図９の多角形ミラーのファセット対ファセットポインティング誤差を修正するための手段の概略図である。
【図１１】図１０で使用されるＡＯＤの動作原理の概略図である。
【図１２】処理される表面の不均一性に起因する焦点面を補償するための修正方式の概略図である。
【図１３】図１０及び１２のファセット対ファセットポインティング誤差及び表面平坦度の補償方式で使用されるレーザービームの発散角度を制御可能に変更するための代替的な手法を示す概略図である。
【図１４】表面平坦度の補償のための代替的な光学的概略図を示す。
【図１５】図９に示された多角形ミラーと組み合わせて動作する走査後アセンブリーの例示的な概略図を示す。
【図１６】ＡＯＤの走査角度の関数として、相対的なオンターゲットシータ速度プロファイルを示す。
【図１７】線形シータプロファイルに対するＡＯＤ周波数ランプを示す。
【図１８】シータ速度の線形化を示す。
【図１９】ＡＯＤと組み合わせた走査後アセンブリーの動作原理を示す。
【図２０】図１９の組合せの概略図である。
【図２１】図２１Ａ及び２１Ｂは、図２０の走査後アセンブリーの例示的な構成である。
【図２１−２】円筒形結像の実施例を示す。
【図２２】対物レンズを有するＡＯＤの可能な実施例の概略図である。
【図２３】対物レンズシステムの種類を示す。
【図２４】対物レンズシステムの種類を示す。
【図２５】対物レンズシステムの種類を示す。
【図２６】対物レンズシステムの種類を示す。
【図２７】対物レンズシステムの種類を示す。
【図２８Ａ】単一のＲＦ周波数入力を受ける既知のＡＯＤの動作を示す。
【図２８Ｂ】単一のＲＦ周波数入力を受ける既知のＡＯＤの動作を示す。
【図２９Ａ】走査に交差する面における強度プロファイルを調整するために複数のＲＦ周波数入力を同時に受ける本発明のＡＯＤの動作を示す。
【図２９Ｂ】走査に交差する面における強度プロファイルを調整するために複数のＲＦ周波数入力を同時に受ける本発明のＡＯＤの動作を示す。
【図３０Ａ】走査に交差する面における所望のビームプロファイルを調整するための図２９Ａ及び２９ＢのＡＯＤを用いたコンピュータショットである。
【図３０Ｂ】走査に交差する面における所望のビームプロファイルを調整するための図２９Ａ及び２９ＢのＡＯＤを用いたコンピュータショットである。
【図３１】走査に交差する面における所望のビームプロファイルを調整するための図２９Ａ及び２９ＢのＡＯＤを用いたコンピュータショットである。
【図３２】走査平面における所望のビームプロファイルを調整するための技術を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
これから、開示されるシステムを詳細に参照する。可能な場合はいつでも、同じまたは類似の参照符号が、同じまたは類似の部分または段階を指すために図面及び説明において使用される。図面は正確なスケール通りではない簡略化された形態である。便利さ及び明確性の目的のみのために、「接続する」、「結合する」との語句及び、屈折形態素を有する類似の語句は、必ずしも直接的かつ密接した接続を意味するのではなく、中間要素またはデバイスを通した接続も含む。
【００３８】
本発明のゴールは、エキシマー及びバーストモードファイバーレーザーによって処理された膜と同等の品質を有するＳｉ膜を処理するための高速スキャナーと組み合わされた標準的なＱＣＷファイバーレーザーの使用である。このゴールを達成することを可能にする根拠は、処理領域が、ＦＬＡプロセスの場合には好適には０．３５から０．４５Ｊ／ｃｍ２の間で変化する所望の光束によって特徴づけられるように、膜の領域にわたって所定の走査速度で走査される特定の形状のレーザービームでＳｉ膜を制御可能に露光することに基づいている。そのため、処理は、パワー、発散、非点収差及び偏光を含む所定のレーザー特性について所望の露光持続時間及び光束を得るために、スポットビーム長、幅及び強度プロファイル、すなわちスポット幾何形状及び走査速度などの主要システムの変数を制御することによって予測される。システム変数およびレーザー特性の制御は、以下に開示されるように、各アセンブリー及びそれらの組合せによってなされる。
【００３９】
図１から４を参照すると、本発明のモジュラー装置１０は、本発明のプロセスを実施することが可能な様々なレイアウトを有しうる。非常に基礎的なレベルにおいて、本発明のプロセスは、（１）最大で１メートルに達するワークピースの表面に、照射される長い領域またはストライプ、または（２）一般に数ミリメートル、例えば２ｍｍを超えない短い領域またはストライプを形成することによって達成されうる。ストライプの長さに応じて、本発明の装置の選択的なサブアセンブリーは、異なる構成を有しうる。しかし、これらのサブアセンブリーの機能は、実際上は同じままである。
【００４０】
もちろん全表面がアニールされなければならない場合には、ワークピース２７の各位置で典型的には約２０回の放射を必要とするＦＬＡプロセスに従ってａ−Ｓｉがｐ−Ｓｉに変換されるように、装置１０は、ワークピースの表面、例えばＳｉ薄膜２７を処理するように動作可能である。装置１０の以下の動作はＦＬＡに関して開示されるが、本発明の装置は、ＳＬＳ、ＳｉＣアニーリング（例えばオーミックコンタクト）及びポリイミドＬＬＯ処理に従って、効果的に機能することができる。
【００４１】
必要な光束及び露光持続時間に適合させるために膜の各位置を複数回照射するため、装置１０は、それぞれが数ミリメートルに満たない幅を有する小さなワークピース及び数メートルに達する幅をそれぞれ有する大きなワークピースを処理可能である。要約すると、装置１０は、所望の、好適には大型パネルの幅全体をそれぞれ効果的にカバーする個別の長いストリップ及び、必要であれば、大型パネルの所望の幅をカバーするために走査方向に重なることができる短いストリップの両方を、走査方向に形成するように動作可能である。
【００４２】
図１の本発明の装置１０は、いくつかの再構成可能なアセンブリーを含むモジュラー構造を有する。装置１０は、レーザー光源アセンブリー２４と、走査前アセンブリー２２と、走査アセンブリー２６と、走査後アセンブリー２８と、ワークピース支持ステージ３４と、を含む。走査後アセンブリー２８は、典型的には特に、対物レンズアセンブリー３０及び、図示された例では望遠鏡として構成される対物レンズ後光学ビーム整形器３２を有して構成される。これらのサブアセンブリーのそれぞれは、以下に詳細に議論される。
【００４３】
装置１０の図示されたレイアウトは、本発明の概念を実行するために動作可能な多くのありうる構成全てのうち１つのみを表す。このように、装置１０は、ステージに搭載されたワークピース２７を走査と交差する方向（Ｃｒｏｓｓ−Ｓｃａｎ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ＣＳＤ）及び走査方向（Ｓｃａｎ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ＳＤ）に変位させるように動作可能であるステージ１４を支持する基部１２を含む。基部１２に結合されたΠ形状の枠部１６は、レーザー光源アセンブリー２２、対物レンズアセンブリー３０及び対物レンズ後ビーム整形器３２を含みうる走査後ビーム整形アセンブリー２８を有するキャリッジ１８をＳＤ方向に案内するステージ１５を支持する。ステージ１５は走査後アセンブリー２８の上流に示されているが、その下流に位置させることもできる。
【００４４】
動作時には、レーザーアセンブリー２２からのレーザービームは、走査前の光経路に沿って伝搬するが、ビームパワー、偏光及びスポットビームの寸法を含む幾何形状を調整するように動作可能である走査前アセンブリー２４で調整を受ける。図示された構成において、スキャナーに衝突するスポットビームは円形であるが、当業者であれば、任意のビーム形状が、装置１０のフットプリント及び、所望のフットプリントを装置に対して提供する光学的構成に対して可能であることに容易に気づくであろう。走査方向（ＳＤ）に回転する走査アセンブリー２６に衝突すると、調整されたビームは、偏向されたサブビームのそれぞれが走査後ビーム整形アセンブリー２８で処理される走査後の光経路に沿って偏向される複数のサブビームに分割される。走査後アセンブリー２８は、スキャナーアセンブリーからの各サブビームを処理する光学的構成である。走査後アセンブリー２８の構成に応じて、装置１０は、所定の露光時間及び光束の間、変位可能なワークピース２７の表面上に形成され、走査されるＣＳＤ方向におけるスポットビームの形状及び寸法に、最終的な調整を行う１つまたは複数の円筒形の対物レンズ後レンズを有しうる。
【００４５】
特に図１の構成を参照すると、ＱＣＷファイバーレーザー光源２２は、例えば、ある名目上のパワーを有するパルスビームを出力する。走査前アセンブリー２４は、ビームが、図１の多角形ミラー２６などの所定のスキャナーの寸法に対応するようにすべて選択された正しい大きさ、形状および発散を有するようにビームを整形するように動作可能な光学方式を有して構成される。
【００４６】
この方式において、具体的には、ビーム形状は円形である。走査前アセンブリー２４はさらに、以下に議論されるように、一定のレーザー出力パワーを所望のレベルに調整するために使用されるパワー減衰器を有しうる。レーザービームを、各ファセットに対応する複数のサブビームに分割する多角形ミラーで偏向されると、サブビームは、Ｆ−シータレンズである走査後アセンブリー２８の対物レンズ３０を通って伝搬する。Ｆ−シータレンズは、走査軸におけるスポットビームの長さを調整するように構成される。例えば、スポットビームの長さが増加する場合、走査速度は所望の露光持続時間を得ることができるように増加されなければならない。図示された構造における対物レンズ後整形器３２は、スポットの所望のアスペクト比を得ることができるように、ＣＳＤ方向においてスポットビームの幅を調整するための望遠鏡である。結果として、正しい寸法とされたスポットは、所定の速度及びパワーで、所定の走査長さに沿って掃引され、今度は、所望の露光時間及び光束を提供する。
【００４７】
図３は、光束がストライプ２５にわたって均一に分布されるように、所定の露光持続時間の間、走査方向において所望の形状および寸法とされたスポットビームを掃引する際に、長さＬｓ及び幅Ｗｓの単一のスポットビームによって形成される長さＳｌｏｃａｎを有する、得られたストライプ２５を示す。
【００４８】
図６を簡潔に参照すると、以下に、所望の値がどのようにして得られるかについてよりよい理解が提供されうる。単純化の目的のために、理想的なトップハットビーム強度プロファイルを有するビームが仮定されるが、ガウシアン及び超ガウシアンなどのその他のプロファイルも同じく可能である。スポットビームの長さがＬｓであり、速度Ｖｓｃａｎで移動する場合、露光持続時間は、
ｔｅｘｐ＝Ｌｓ／Ｖｓｃａｎ
で決定される。上記の方程式は、必要な走査速度を与えるために次のように変形可能である。
Ｖｓｃａｎ＝Ｌｓ／ｔｅｘｐ
【００４９】
ターゲットレーザーパワーＰ及びスポットビーム幅Ｗｓについて、強度Ｉは、
Ｉ＝Ｐ／Ｌｓ  Ｗｓ
である。任意の点における走査光束Ｈは、
Ｈ＝Ｉ  ｔｅｘｐ＝Ｐ  ｔｅｘｐ／Ｌｓ  Ｗｓ
である。上記の式を組み合わせると、所望の光束Ｈ、露光時間ｔｅｘｐ、レーザーパワーＰ及びスポットビーム幅Ｗｓについて、必要なスポットビームの長さＬｓ及び走査速度Ｖｓｃａｎは、
Ｌｓ＝Ｐ  ｔｅｘｐ／Ｈ  Ｗｓ
Ｖｓｃａｎ＝Ｐ／Ｈ  Ｗｓ
である。例えば、
レーザーパワー＝１５０Ｗ、
ラインビーム幅＝５μｍ、
所望の露光持続時間＝３００ｎｓ、
所望の光束＝０．７Ｊ／ｃｍ２（７０００Ｊ／ｍ２）、
必要なラインビームの長さ＝１．３ｍｍ、
必要な走査速度＝４３００ｍ／ｓである。
【００５０】
本発明のゴールは、周知の方法及び、各周知の方法を実施するデバイスによって得られるものと同等である、ある表面処理用途における結果を得ることである。例えば、フラットパネルの製造において、かなり最近、ファイバーレーザーがエキシマーレーザーの結果と同等になり始めるまで、エキシマーレーザーは最も優れていた。これが意味することは、例えば、ターゲット上の露光持続時間及び光束などのＥＬＡのある処理パラメータが経験的に知られているということである。したがって、このような異なる構造的手法をとることは、全てが変更されることとなることを意味しない。反対に、両方とも周知の、３００から４５０ｍＪ／ｃｍ２にある光束及び１００から５００ｎｓの露光持続時間は、本発明の装置及びそのサブアセンブリーが構築される２つの重要な要素である。したがって、周知のプロセスパラメータに基づくと、上記の単純な計算を用いた走査長さ、走査速度、レーザーパワー及びその他のデバイスパラメータを含むがそれらに限定されない装置パラメータを決定することは容易である。装置パラメータが決定されると、各アセンブリー及びすべてのアセンブリーの様々な具体的な構造は、装置全体のフットプリント、効率及び、もちろんコストに関する所定のパラメータを得るように構成可能である。
【００５１】
図４は、所望の熱反応、すなわち、均一なｐＳｉ結晶粒につながる所望の光束によって特徴づけられるＳｉ膜のストライプ２５を示している。形成されることとなるストライプ２５に沿った各位置（１つのみが示されている）の照射に対する所望の熱反応は、スポットの幅Ｗｓの１０倍を超える長さＬｍを有する三角形に溶融した領域で特徴づけられる。そのような反応が、（例えば適切なＸ線技術により）本発明のプロセスの間に確認されると、ストライプ２５の領域にわたる所望の光束分布は、特定の露光持続時間にわたって達成されることとなる。溶融領域の長さと幅との間のこの関係は、まず理論的にモデル化され、次いで様々な実験によってサポートされた。
【００５２】
図５は、それぞれ数ｍｍを超えない短いラインビームを用いることによって、得られる最大１メートルを超える長さＬｓｃａｎの長いストライプを形成する本発明のプロセスを示す。一般に、同一平面上及び同一線上のそれぞれ第１及び第２（並びにそれに続く列）の短いストライプ２５が互いに重なるように、個別のラインビームの長さを超える長いストライプ２５の形成は、まず、列３４１を形成し、次いで次の列３４２を形成することを含む。このプロセスは、所望のストライプの合計長さＬｓｔが、より正確には所望の領域が結晶化されるまで続く。
【００５３】
列３４はそれぞれ、ＳＤ方向に延在する少なくとも１つの短いストライプ２５が形成されるように、ステージ１５を稼働させることによって形成される。究極的には、ＣＳＤ方向にワークピース２７を変位させるステージ１４を利用することによって、ＣＳＤ方向に所望の距離だけ互いにオフセットされた複数のストライプ２５が、列３４を画定するために設けられる。第１の列３４１が所望の長さ及び幅で形成されると、ステージ１４は、ワークピース２５を、ＳＤ方向において連続するストライプ２５の間の所望の重複に対応する距離だけ、ＳＤ方向に変位する。処理は、第２の列が完了するまで、前の列の形成と同様に続けられる。ワークピースはＸ方向及びＹ方向の両方に変位可能であるため、短いストライプを重ねることにより長いラインを形成する処理は、２Ｄプロセスと呼ばれうる。ＳＤ方向及びＣＳＤ方向両方の間隔は、処理領域の各位置に複数のスポットビーム照射をもたらすように選択される。個別のストライプの長さが、それ１つで所望の領域をカバーするのに十分である場合、ＳＤ方向における重複は必要ではなく、各個別の位置に入射するスポットビームの多重度は、ＣＳＤ方向の連続するストライプの間のオフセットによって画定される。
【００５４】
図７Ａから７Ｄは、例えば、ＣＳＤ方向における複数の積層された平行なストライプ２５をそれぞれ含む、個別の列３４の形成を示している。図示されるように、図７Ａから７Ｄのそれぞれに示された隣接するストライプ２５は、ＣＳＤ方向に異なる距離だけオフセットされる。これは、Ｓｉ薄膜を破壊する可能性がある表面温度の発現を防ぐために、熱処理されたいかなる表面も監視されるべきであるという事実によって説明可能である。これは、膜の位置それぞれの複数回の照射を伴うＳｉ薄膜について特に重要である。したがって、形成されたばかりのストライプ２５の開始時に沿った温度が、例えばセンサーアセンブリー３６によって推定されるように、所定の閾値に達するか、または近づくと、ストライプの形成は既に危険な温度を増大させる可能性があるので、後続のストライプはより大きな距離だけ間隔を開けられるべきである。特に図７Ｂを参照すると、隣接するストライプ２５１〜２５４は、例えば１μｍ、２μｍ及び／または１０μｍでありうるスポット幅Ｗｓの約８０％をカバーする重複量に対応する小さい間隔だけ、間隔を開けられる。対照的に、図７Ｄの間隔は、前に形成されたストライプによって占められる膜の温度が危険なほど高いことを示す、スポット幅全体に対応する。
【００５５】
保存された参照値及び、ある距離だけ離れた次のストライプの変位をシフトするステージ１４への出力制御信号を比較すると、温度制御は、処理されたＳｉ膜領域からの光学回折応答信号を測定することによって実現可能である。そのため、装置１０は、正のフィードバックを実現する回折応答センサーアセンブリー３６を有して構成される。
【００５６】
ＦＬＡプロセスの場合であっても、連続するストライプが実際上非常に小さな重複を有するか、または重複を全く有さず、それでも満足すべき結果を生じる場合、そのような作動方式を得る可能性がある。しかし、典型的には、例えば、所定の位置において２０回である、ＣＳＤ方向における照射及びその結果の重複の数の合計が、例えば４から２に変更されると、その位置が必要な２０回の照射を受けるために、ＳＤ方向における重複の数はから１０に増加されるべきである。換言すれば、両方向の間隔は変化しうるが、それらの製造全体は、所望の光束及び露光持続時間につながるように変化しないままである。
【００５７】
図８を参照すると、ＳＤ及びＣＳＤ方向それぞれのスポットビーム３８の所望の強度プロファイルが示されている。スポット幾何形状に沿ったこれらのプロファイルは、露光持続時間及び光束の分布に対して重要である。例として、楕円スポットの走査軸に沿った強度プロファイルは純粋にガウシアンであり、その一方ＣＳＤ方向における走査と交差する軸に沿ったプロファイルは、図示されるように超ガウシアンである。明らかに、空間的プロファイルは、ガウシアン、超ガウシアン及びフラットトッププロファイルの間で制御可能に変更されうる。また、必要であれば、その他のプロファイルも、以下で説明されるようにいくつかのレーザー光源または光学系を採用することによって使用されうる。スポット幅は、任意の合理的なスポット／ストライプの長さ及び幅を形成するように構成可能である走査前及び走査後アセンブリーの光学的方式の結果である。
【００５８】
ここで、装置１０を較正するアセンブリーの説明に戻ると、レーザー光源アセンブリー２２は、レーザー動作のＣＷモードと同等である、最大１００％のデューティサイクルでそれぞれ動作する１つまたは複数のＱＣＷファイバーレーザーを含む。処理される表面、すなわちＳｉ膜が、ＣＷ放射と同じ熱反応を有し、、その他全ての条件は同じであるように、１００％未満の任意のデューティサイクルが選択される。１００％未満のデューティサイクルを有するＱＣＷファイバーレーザーは、好適には単一の周波数（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＳＦ）で、偏光され、Ｍ２≦１．２で、３ｘｘｎｍ及び／または５ｘｘｎｍの波長の実質的には回折限界ビームを出力する８０から１５０ＭＨｚの間の均一な高反復率で、パルスモードで動作する。パルス持続時間は、数十ナノ秒から数百ナノ秒まで変化する。レーザー光源２２は、必要であればレーザービームが走査前経路に沿って伝搬するにつれて減衰される最適な一定の出力パワーで動作する。レーザービームの放出波長に応じて、そのパワーは、緑色光について約１ＫＷ（平均パワー）及びＩＲ光について数ｋＷに達しうる。ここで利用されるパルス方式で動作するＱＣＷファイバーレーザーの出力パワーは、そのデューティサイクルを操作することによって制御されうる。
【００５９】
ＳＦ  ＳＭ光ビームが、典型的には３ｘｘから５ｘｘｎｍの波長範囲に関連付けられたＦＬＡ及びＳＬＳプロセスに特に望ましい一方、その他の用途は、ビーム品質及びスペクトルに対するこのような厳しい制限を必要としない場合がありうることに注意すべきである。もちろん、この場合、レーザー光源２２は、幅広いスペクトル線を有するマルチモードビームを出力するように構成されうる。まとめると、パワー、偏光及びビーム品質パラメータは、エキシマー及びバーストモードファイバーレーザーの支援によって得られるものと同じ結果を達成するように選択された、所定の光束及び露光持続時間などの所望のプロセスパラメータを維持するために決定的な役割を果たす装置パラメータの一部である。
【００６０】
装置１０の走査前アセンブリー２４は、所与の走査アセンブリー２６について適切な特性を有する出力レーザービームをもたらす光学ビーム調整器として機能する。ビーム調整は、スポットビームを、円筒形または好適には楕円などの、所望の幾何形状を有し、走査方向に延在する走査軸を有するスポットビームを整形することを含む。また、ビームの大きさ及び発散は、使用されるスキャナーによって課される幾何学的な制限に合致するように調節される。実際上は、当業者には周知のレンズの様々な組み合わせが、容易にこれらのタスクを実現させる。
【００６１】
ＡＯＤスキャナーの場合、これに入射するビームは、走査方向にコリメートされるべきであり、コリメーターの設置を必要とし、ＡＯＤの開口部に対応するように適切なサイズとされるべきである。さらに、走査前アセンブリー１４は、走査アセンブリーについては必要ではないが、走査軸及び走査と交差する軸のいずれか一方または両方におけるスポットビームの所望の強度プロファイルのためには必要であるホモジナイザーを含みうる。
【００６２】
パワー減衰器も、走査前アセンブリーの一部である。減衰器の必要性は、ポンプ、すなわちダイオードレーザーの電流を変更することに応じてレーザーシステムの出力を安定させることがいかに困難であるかを知ると、理解可能である。そのため、本装置では、レーザー出力パワーは、所定のレーザーに関して最適であるが、そのあとで、ワークピースの表面に入射するビームの一定の所定パワーレベルを維持するために連続的かつ制御可能に変化する。パワー減衰を実行する手段は、パワー調整とともに所望のビーム偏光をもたらす、様々に構成された偏光器及び偏光回転子を含む。パワー減衰の実際の使用は、処理される表面近傍のパワー監視及び、フィードバック回路に設けられた制御部によるパワーセンサーと偏光器との間のフィードバック回路を必要とする。
【００６３】
まとめると、スキャナーの最適な動作をもたらすため、レーザーアセンブリー２２からの出力ビームは、走査軸及び走査と交差する軸において所望のビームサイズを有するように調整される。ビームはまた、走査軸及び走査と交差する軸の両方において所望のビーム発散を有するようにも調整される。偏光方向は、任意選択的には、スキャナーの動作に関してそれほど必要ではない場合がありうるが、しかし、ほとんど所定の用途のプロセスについては望ましい場合がありうる。任意選択的に、ビームは、１つまたは両方の軸において、例えばガウシアンから超ガウシアンまたはトップハットへ変換される、ビームプロファイルの再アポディゼーションを受けうる。しかし、ビーム偏光及びアポディゼーションの両方は、ＱＣＷレーザー内に統合された光学系によって達成されうる。
【００６４】
走査アセンブリー２６は、調整されたビームを受け取り、ワークピース２５に向かう走査後経路に沿って、所望の角速度及び角度範囲で変更する。スキャナーの構成は、多角形ミラー、ＡＯＤまたはＡＯＤ及び多角形ミラーの組合せから選択される。もちろん、ガルバノメーターも同様に使用可能であるが、走査速度その他の不可避の制限に起因して、目標とする用途には有効となりえない場合がある。走査アセンブリー２６が、ｋｍ／秒に達する高速で制御された速度によって特徴づけられることは必須である。また、走査アセンブリーは、９０％を超過する高いレーザーデューティサイクルを利用することも好適である。制御及びフィードバック回路を利用してその場でなされうる走査速度の制御された変更は、ターゲット上の露光持続時間及び光束分布などの所定の処理パラメータの維持を可能にする。
【００６５】
図９を参照すると、１つの軸でビームを走査するのに使用される共通の方法は、１つ（モノゴン）または複数（例えば３０超）の、ファセット４２を有しうるが標準的には６から１２のファセットを有しうる回転多角形ミラー４０を利用する。ビームは、回転の平面（赤い矢印で示される）と一致しうるか、または回転の平面に対してある角度を有しうる。回転する多角形ミラーの既知の利点は、大きな走査角度範囲であり、これは、ファセットの数に反比例して容易に範囲が定められ、もちろん成熟した技術であることである。
【００６６】
図１０を参照すると、多角形ミラー４０のファセット４２は、回転平面に対して直交するファセットポインティング誤差を生じやすい。特定の実施例の許容幅に応じて、ファセット修正を実施することが必要でありうる。本明細書で使用される高い回転周波数では、ファセットごとの短い滞留時間が、光−機械的ポインティング修正を阻む。この場合、ＡＯＤの実施は、必要な光学的非効率性（典型的には８０％未満）で必要となりうる。
【００６７】
ファセット４２の異なる角度位置は、動かないワークピースの表面上で互いに完全に一致しないストライプとなり、これは光束分布の望ましくない変動及び同時にＳｉ膜の望ましくない結晶化につながる。
【００６８】
ポインティング誤差修正は、多角形ミラー４０の上流にＡＯＤ４４を実装することによって実現される。ＡＯＤの動作原理は周知である。そのＲＦドライバー４６は、周波数変調入力及び強度変調入力を有する。周波数に応じて、ビームは、図１１に示されるように走査と交差する方向ＣＳＤにおいてファセットから偏向される。したがって、全てのファセットについて固定された周波数を使用すると、「第１の」ファセットとは異なる角度で傾けられたこれらのファセットは、走査と交差する方向において初期ストライプからオフセットされたストライプを作り出すこととなる。このオフセットを補償するために、「欠陥のある」ファセットから偏向された各サブビームの発散角度は、全てのストライプのオフセットが２から１０％の範囲内にあるように、利用可能な周波数帯域から周波数を制御可能に調整することによって変動される。
【００６９】
ワークピース２５の表面に入射するサブビームのパワーが、例えばファセット間で変化しうる表面反射率の結果として、均一に減衰されない可能性は常にある。フィードバック回路を介した強度の変調によって、反射率は、リアルタイムで各ファセットについて所望のレベルに調整される。
【００７０】
多角形ミラー４０が回転すると、隣接するファセット４２の間の境界に入射する光は空費される。ＡＯＤ４４は、高い周波数においてオン／オフモードで動作する理想的なスイッチである。したがって、ビームが境界に衝突すると予測されると、ＡＯＤ４４はオフに切り替えられ、次いで次のファセットがビームを偏向させる位置に来るとオンに戻される。スイッチとして、ＡＯＤ４２は別の機能を実行するようにも動作可能である。全ての多角形ミラーは、特定のストライプの長さのために設計されたファセットを有する。何らかの理由により所望のライン長さがファセットの長さに対してあらかじめ設計されたよりも短い場合、ＡＯＤはストライプの設計された長さの走査が完了する前にオフに切り替えられる。
【００７１】
いくつかの表面、特に大きいものは、走査される長いラインについて合焦し続けるには十分に平坦でない場合がありうる。この場合、ラインの長さに沿って準リアルタイムで焦点補償技術を実装することが必要である。例えば、用途は、±５μｍ以下の許容可能な焦点深度を有しうる。高精度のパネルであっても、典型的には、走査される十分長いライン（例えば最大１メートル）に関して許容可能な平坦度を超過する厚さ変化を有する。センサのアレイは、ラインの長さに沿った表面高さを測定するために配置される。センサの間隔は、パネル表面の勾配誤差に関して適切な空間分解能を確保するのに十分である。
【００７２】
図１２は、焦点深度を制御するための概略を示す。長いストライプ（例えば３００ｍｍの長さ）についてより関連があるが、焦点深度を修正することは、所望の結晶化を得るためには不可欠である。例示的なストライプにおいて、１０μｍの幅が最小の焦点深度を有し、走査と交差する方向に偏向するため、これを行うのに理想的なＡＯＤでの焦点制御を必要とする寸法である。そのため、ＡＯＤは、周波数を調整することによって走査と交差する方向の回折におけるビームの発散を調整するために使用可能であり、これは変動する表面高さを補償するために、狭いスペクトル幅から広いスペクトル幅まで選択される。
【００７３】
発散角を増大または減少させると、後続の焦点深度変動でビーム幅に変化を生じさせる。制御方式の概略は、好適には任意の時間ペナルティを最小化するためにＣＳＤ方向に延在する走査と交差する軸の前に配置された複数のセンサ５０を含みうるが、これは必須ではない。方式はまた、中央処理ユニットを介して、ＡＯＤの周波数入力に接続されたフィードバック回路を含む。
【００７４】
図１３は、ＡＯＤを用いたビームの発散角を変化させるための手法を示す。単一の周波数を入力する代わりに、複数の周波数が、同時にＡＯＤ内に結合される。結果的に、ＡＯＤからの複数の各周波数に対応する複数のビームは互いに対して発散する。以下に開示するように、この特徴は、ＣＳＤ方向に所望の強度プロファイルを提供するために使用されうる。
【００７５】
ＡＯＤの使用は好適でありうるが、表面平坦度を補償するための排他的なデバイスではない。例えば、機械的ズームが、同じ目的のために使用されうる。走査速度が遅い場合、１つの光学素子（または複数の素子）を動かし、それによってビーム発散を修正するために、ボイスコイルまたは圧電アクチュエータなどの機械的デバイスを実装するのは合理的である。そのような方法によって達成可能な比較的遅いアクチュエーション速度のために、この手法は、低いレーザーパワー及び、長く幅広いラインについてのみ利用可能であり、この場合、走査速度は遅いがそれでも依然としてｋｍ／秒の範囲にあり、これは、ｍ／秒の範囲で変動する走査と交差する方向の速度とは比べ物にならないほど高い。
【００７６】
図１４は、ＡＯＤ以外の手段によって実現可能な焦点補償の概念を再考する。別の焦点補償方式は、変形可能な１つまたは複数の光学系を含む。１つまたは複数の変形可能な光学系は、焦点面がパネル表面を追跡するように、走査前経路に沿って配置されうる。好適な実施例は、１つまたは複数の変形可能なミラーを利用する。ミラーは、ラインビームの長さに沿った連続的に変動しうる曲率半径を有して、１次元方向に変形可能である。曲率半径は、結像平面の変動しうる高さを補償するためにミラーの長さに沿って変動しうる。
【００７７】
スキャナーの構成は、走査後アセンブリー２８の対応する概略に関連する。例えば、本発明の装置に単独に組み込まれるか、ＡＯＤとともに組み合わされるかにかかわらず、多角形ミラー４０を使用することは、最大１メートルの長いストライプを形成するためのＦシータレンズの利用を必然的に伴う。
【００７８】
図１５は、多角形ミラー４０並びに、Ｆシータ対物レンズ５４及び１つまたは複数の円筒形レンズなどの、ポストＦシータアナモフィック光学系５６を含む１つまたは複数の対物レンズを有して構成された走査後アセンブリーを含む、光学方式を示す。Ｆシータ５４は、スポットビームの走査軸の寸法を制御し、一方、１つの円筒形レンズまたは円筒形レンズの組合せを含みうる光学系５６は、スポットビームの走査と交差する軸の寸法を制御する。典型的には、図示された方式は、長いストライプ２５をアニーリングするのに有利である。走査と交差する軸のビーム強度プロファイルは、好適にはこの軸に沿った光束均一性を保持するフラットトップ形状を有する。確実にこの形状とするために、非球面円筒形が、同時に使用されうる。
【００７９】
走査アセンブリーに戻ると、走査アセンブリーはただ１つのＡＯＤを含みうる。ＡＯＤを１つ含むことの利点は、特に、（ａ）高速掃引速度、（ｂ）ＲＦ掃引が４μｓ以下で行われうること、（ｃ）多角形ミラーで得られるよりも高い、ターゲット上の走査速度、（ｄ）高速応答時間、（ｅ）ＢＤＳ不均一性／非線形性及びレーザーパワー変動を補償するための強度及び掃引速度の同時変調、並びに（ｆ）掃引内の変調を含む。
【００８０】
図１６は、走査ラインの長さに沿って線形ＲＦドライバー周波数ランプ（図１７）を有し、対応する速度プロファイルを有する、タンジェント（シータ）位置プロファイルの効果の例を示している。そのようなプロファイルは、結果的に、露光持続時間及び、ラインに沿った光束変動の両方となる。前述のようにＡＯＤ  ＲＦドライバーの変調強度を調整することによって導入された光束変動を補償することは可能であるが、露光持続時間の変動は補償されない。一定の速度を発生させること（一定の露光持続時間）は、図１８に示されるように、ＲＦドライバー周波数における非線形ランプの実装を必要とする。
【００８１】
走査後アセンブリー２８は、様々な機能を実行するように動作可能である。これは、スキャナーからの走査角及び速度を必要な値まで変化させ、スキャナーからのビームプロファイルを、任意選択的なマスク平面及び／または対物レンズマッチングのために最適化する。走査後アセンブリー２８はまた、任意選択的なマスク平面及び対物レンズへの主光線角度を、スキャナー角度範囲全体にわたって変化させることも可能である。マスク／対物平面は、いずれかの軸または両方の軸でアナモフィックＦシータ及び円筒形レンズなどの結像対物系を使用することによって、いずれかの軸または両方の軸でマスク平面におけるビームをクロッピングすることによって、並びに各軸について異なる対物平面を必要としうるアナモフィック対物系を使用することによって、定義されうる。さらなるビーム偏光調整を提供することが必要となりうる場合もある。また、ビームプロファイルの再アポディゼーションが、走査と交差する軸において実装されうる。
【００８２】
図１９、２０、２１Ａ及び２１Ｂは、ＡＯＤ４４と組み合わせて使用され、走査角度
【００８３】
【数１】
2020530196.tif 000002
【００８４】
を画定する、ＡＯＤに衝突する際の直径Ｄのビームの長さ及び幅を調整するように動作する、走査後アセンブリー２８の動作を示す。走査後アセンブリー２８は、円筒形もしくは球面Ｆシータレンズ５６または焦点距離Ｆを有するレンズの組合せを含む。スポットは、この場合には処理される平面である結像平面に形成される。スポットの長さは積λ／π＊Ｆ／２Ｄであり、λはレーザービームの波長である。ストライプの長さＬｓｃａｎは
【００８５】
【数２】
2020530196.tif 000003
【００８６】
で決定され、これは、焦点距離が長いほど、ストライプの長さＬｓｃａｎが長くなることを意味する。まとめると、走査角度及び焦点距離Ｆは、ストライプの長さＬｓｃａｎを画定する。これに基づき、ストライプの長さＬｓｃａｎが、焦点距離Ｆの増加に応じて増加すると、走査速度は同じ（所定の）露光持続時間を維持するように増加されるべきである。そのため、レーザーの出力パワーは、走査速度の増加とともに、所定の光束を得られるように増加されるべきである。全体として、レーザーパワーが増加されると、より長いラインを得るために焦点距離を増加させることが可能である。しかし、焦点距離の増加は、明らかに、装置全体のより大きなフットプリントを必要とする。装置のフットプリントを、長いストライプを形成しつつ抑制するために、２つの異なるレイアウトが使用可能である。１つはマスクＭＰの使用である。別の方法は、図２１Ｂに示されるように、走査軸におけるスポット長さを調整するためのＦシータレンズとして動作するレンズ５６を使用すること、及び走査と交差する軸におけるスポット幅を調整するための１つまたは複数の円筒形レンズ５８を使用することである。
【００８７】
図２１Ａは、発散レンズ及び集束レンズの組合せを含む走査後アセンブリー２８の例示的な概略を示す。ＡＯＤ４４は、走査軸／方向においてコリメートされたビームを受け取り、これを角度θだけ、ビーム直径Ｄを有して偏向させる。次いで、偏向したビームは、走査方向におけるスポットビームの所望の寸法を得るために、上流側の発散レンズ４８に、そしてさらに２つの集束レンズ５０、５２に入射する。走査後アセンブリー２８の図示された構成は、ＡＯＤ４４が対物レンズから数メートル離れて配置され、スポットサイズを制御しながらほぼテレセントリックな多要素ガリレオ望遠鏡またはケプラー望遠鏡が使用される場合、スティッチングなしで十分に長いラインを形成することができる。この方式における長いラインはそれぞれ、１０から１５ｍｍに達しうる。レーザーパワーを増大すれば、より長いストライプも形成可能である。
【００８８】
図２２を参照すると、コリメートされたビームは、約２．５ｍｒａｄの走査角を有するＡＯＤ４４に衝突する。光は、走査軸を対物平面の所望の値に拡大する走査後光学アセンブリー２８を通って伝搬する。最終的に、円筒形の結像レンズ６０が、スポットの走査と交差する軸を拡大する。
【００８９】
対物レンズ型と走査ライン集束型とのいくつかの可能な組み合わせが存在し、各組み合わせは、所望のスポットアスペクト比を得るために異なる用途で互換性を有する。全ての組合せは、以下にまとめられるように使用されうる。
【００９０】
【表１】
2020530196.tif 000004
【００９１】
図２３及び２４は、球面対物レンズの種類をそれぞれ示しており、図２３のウェストフォーカスにおける無限共役比を有する球面Ｆシータ、図２４に示されるような結像平面における有限縮小を有する球面結像レンズを示している。
【００９２】
図２３のＦシータレンズは、多角形型スキャナーとは最も互換性があるが、テレセントリック性が必要でない場合には、容易に長いラインを生成できる一方、ＡＯＤと共に使用可能である。スポットビームの大きさは、走査前光学系及び、スキャナーによって画定された発散によって適用されるレーザービームの大きさとともに直接変化する。図２４の球面結像レンズは、固定された縮小率によって特徴づけられるが、長く細いラインビームとは互換性がない。スポットビームの大きさは、対物平面の照射に関して固定される。
【００９３】
図２５から２７は、走査軸及び走査と交差する軸のそれぞれにおいて、異なる焦点距離及び／または集束モードを提供する、各種類のアナモフィックレンズを示している。１つの軸が、対物レンズパワーを有さない、すなわち純粋に円筒形対物系でありうる可能性がある。
【００９４】
図２５は、アナモフィックＦシータ、無限共役比（ウェストフォーカス）を示している。この構成は、走査軸及び走査と交差する軸の両方を処理するが、異なる焦点距離を有する。図２６は、走査軸において無限共役比、走査と交差する軸において結像フォーカスの円筒形結像レンズを示している。図２７は、短い軸及び長い／走査軸の両方で結像するように動作可能であるが、異なる縮小因子を有するアナモフィック結像レンズを示している。
【００９５】
図２８から３１を参照すると、ＡＯＤは、複数の周波数を導入することによって、走査と交差する軸のビームプロファイルを整形するために使用されうる。知られているように、ＡＯＤ内に発せられた単一のＲＦ周波数で、回折ビームは複製されたコリメート入射ビーム（図２８Ａ）であり、図２８Ｂに示された走査と交差する軸におけるビーム形状を有する。回折ビームの発散を調整するために、図２９Ａに示されるように複数の周波数をＡＯＤ内に発することが可能であり、レーザーが光を出力する持続時間の間、一定を維持する。これは、図２９Ｂに示されるように、発せられたｆ１、・・・ｆｎの周波数に従う、ビーム拡張という結果になる。
【００９６】
図３０Ａから３０Ｃは、図２９Ａ及びＢの本発明の概念を示す。ＡＯＤ４４に同時に発せられた、それぞれ変動する強度または周波数スペクトルを有する複数のＲＦ周波数に応じて、ビームは回折走査交差平面において拡張し、または発散を増加させることとなる。図３０Ａは、遠く離れた各周波数における２つのビームを示している。図３０Ｂは、図３０Ａよりも互いに近い距離に離隔された各周波数を有する、ＡＯＤ４４から出力された３つのビームを示している。図３１は、一対の隣接するビームが離隔し、その一方別の対のビームが実際上互いに重なるように選択された４−ＲＦ周波数入力を示している。まとめると、周波数強度は、ガウシアン分布を維持し、またはこれを、周波数が特に適合した強度を有して選択される場合、超ガウシアンまたは、好適にはフラットトップ分布などの任意の所望の形状に変化させるように調整可能である。
【００９７】
図３２において、走査軸における分布プロファイルも調整可能である。標準的なＥＬＡアニーリングプロセスは、典型的なエキシマーレーザービーム強度時間プロファイル、すなわち短い持続時間、高強度スパイク及びそのあとのより長い持続時間、より低い強度テールを有する使用に最適化された。この時間プロファイルは、最初のスパイクがＳｉ膜の溶融を引き起こすことを可能にし、その一方テール部分は、溶融した膜の制御された冷却及び結晶化を可能にする。典型的なファイバーレーザービームはガウシアンプロファイルを有するため、本発明の走査方法は、等価なガウシアン時間プロファイルを得る結果となる。ＳＬＳ及びＦＬＡ結晶化はともに、このガウシアン時間プロファイルで達成可能である一方、エキシマーレーザーと類似する時間プロファイルを実施することも好適でありうる。
【００９８】
そのような時間プロファイルを達成するための１つの方法は、ビーム間の空間オフセット並びに、個別のビームの寸法及びパワーが、最適なアニーリングプロセスのために調整されうる時間プロファイルを作り出すように、２つまたはそれ以上の別個のガウシアンビームを重複させることである。ビームは、複数のレーザーによって、単一のレーザーのビームを分割することによって、または分割したビームを有する複数のレーザーによって生成されうる。図３２に示された例は、異なる寸法及びピークパワーを有する２つのガウシアンビームの組合せについての空間／時間プロファイルを示す。
【００９９】
当業者であれば、通常の実験のみを使用して、本明細書に記載された本発明の特定の実施形態の多くの等価物を認識し、または確認することができるであろう。開示された方式は、任意の光結像システムで使用可能であるが、ここで開示された構造についての動機は本明細書にある。したがって、前述の実施形態は例としてのみ提示されるにすぎず、添付した特許請求の範囲及びその等価物の範囲内で、本発明は、具体的に説明されたもの以外でも実施されるであろうことは理解されるべきである。本開示は、本明細書で説明された各個別の特徴、システム、材料及び／または方法に関する。さらに、そのような特徴、システム、材料及び／または方法の２つまたはそれ以上の任意の組合せは、そのような特徴、システム、材料及び／または方法が互いに矛盾しなければ、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１０  装置
１２  基部
１４  ステージ
１５  ステージ
１６  枠部
１８  キャリッジ
２２  走査前アセンブリー
２４  レーザー光源アセンブリー
２５  ストライプ
２６  走査アセンブリー、多角形ミラー
２７  ワークピース
２８  走査後アセンブリー
３０  対物レンズアセンブリー
３２  対物レンズ後ビーム整形器
３４  ワークピース支持ステージ
４０  多角形ミラー
４２  ファセット
４４  ＡＯＤ
４６ＲＦドライバー
５０、５２  集束レンズ
５４  Ｆシータ対物レンズ
５６  ポストＦシータアナモフィック光学系
６０  結像レンズ
【図１】
2020530196.tif 000005
【図２】
2020530196.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020530196.tif 000010
【図７】
2020530196.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２１−２】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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2020530196.tif 000031
【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９ＢＡ】
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【図３０Ａ】
2020530196.tif 000036
【図３０Ｂ】
2020530196.tif 000037
【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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