JP2007512708A - レーザによりポリシリコン薄膜をアニールする光学系 - Google Patents

レーザによりポリシリコン薄膜をアニールする光学系 Download PDF

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Abstract

被加工物の薄膜における配向又は結晶成長の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置であって、パルスドーズ制御に対してパルスを用いて光パワー及び高繰り返しレートでレーザ出力光パルスビームを生成するＸｅＦレーザシステムを構成する主発信パワー増幅器ＭＯＰＡ又はパワー発信器パワー増幅器と、レーザ出力光パルスビームから伸長され
た細いパルス化作用ビームを発生させる光学系とを、有するガス放電レーザ結晶化装置について開示している。その装置において、レーザシステムはＰＯＰＡレーザシステムとして構成され、第１レーザＰＯユニットから第２レーザＰＡユニットに第１出力レーザ光パルスビームを方向付けるように動作されるリレー光学系と、第１レーザ出力光パルスビームの拡大として第２レーザ出力光パルスビームを発生するように、パルス又は−３ｎｓｅｃ内で第１及び第２レーザユニットにおいてガス放電の発生のタイミングを合わせるタイミング及び制御モジュールとを更に有することが可能である。そのシステムは、発信器レーザユニットにおいて発散制御部を有することが可能である。発散性御部は不安定発振制御部を有することが可能である。そのシステムは、レーザと被加工物との中間にビームポインティング制御機構及びビーム位置制御機構を更に有することが可能である。ビームパラメータ計測法は、ビームポインティング制御機構に対するアクティブフィードバック制御部とビーム位置制御機構に対するアクティブフィードバック制御部とを与えることが可能である。

Description

本発明は、大きい面積に対してレーザ光による、且つ、高繰り返し数、高パワー及びパルス間ドーズ高安定性における表面及び／又は基板の処理を含む製造処理で用いるパルス化レーザシステムに関し、更に詳細には、細線光パルス供給システムに関する。
例えば、凹状シリンドリカルロッドを用いて研削及び研磨し、次いで、直交シリンドリカルレンズを形成するようにラスタを９０°回転させることによりシリンドリカルレンズの列を形成することは周知であり、それらが、例えば、１ｍｍの正方形の開口及び８０ｍｍの焦点距離を有する極端に弱いレンズに対して十分に回折限界以下である点で、その直交シリンドリカルレンズは真の軸対象レンズと異なっている（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｓｏ．ｏｒｇ／ｇｅｎ−ｆａｃ／ｐｕｂｓ／ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ／ａｒｃｈｉｖｅ／ｎｏ．１１４−ｄｅｃ０３／ｍｅｓｓ−ｗｉｌｓｏｎ．ｐｄｆ参照）。
ＪＳＷ社については、例えば、フラットパネルディスプレイに、例えば、薄膜トランジスタを基板上に形成する目的で、多結晶シリコン（“ポリシリコン”又は“ポリ”）にアモルファスシリコン薄膜の結晶化のためにアモルファスシリコン薄膜の結晶化を実行する装置を提供していることで周知である。その装置は、例えば、薄膜トランジスタのゲートを形成するために、薄膜ポリ層を形成するためにアモルファスシリコンの結果としての融解及び結晶化を伴うＥＬＡアニーリングを行うように光エネルギー源として、エキシマレーザ、例えば、ＸｅＣｌレーザを利用することによるエキシマレーザアニーリング（“ＥＬＡ”）として知られている。
ＪＳＷは、例えば、３７０ｘ４７０ｍｍの表面積及び７３０ｘ９２０ｍｍの表面積を有する基板を用いて動作能力を示し、そのとき、前者の表面積の場合は、ビームサイズ３６５ｘ０．４ｍｍを有するツール、エキシマレーザ繰り返し数３００回、オーバーラップ度９５％、スキャンピッチ０．０２、スキャン長４７０、１に等しいスキャン数で動作され、スクリーン当たり２１３９０回のウェースティングショットを用いるシート当たり７８秒の結晶化時間を伴う、シート当たり全２３５００結晶化ショットを実行し、その結果、１時間当たり２４．０６スクリーンのスループットに対してスクリーン当たり１５０秒の動作時間をスクリーン当たり総ショット４４８９０回が得られ、そして、後者の表面積の場合は、広い（９２０ｍｍ）のシートの場合のシートをカバーするように２回のスキャンがもたらされ、シート当たり１６６９８回のウェースティングショット、２２９秒の動作時間及び１時間当たり１５．７０シートのスループットが得られた。
文献“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｉｎ Ｓｉ−ｆｉｌｍ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒｓ：ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ”，ｂｙ Ｈ．Ｋａｈｌｅｒｔ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｒ ＳＰＩＥ−ＩＳ＆Ｔ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５００４（２００３），ｐｐ．２０−２７（“Ｋａｈｌｅｒｔ”）において、スーパーラテラル成長（“ＳＬＧ”）結晶化についての被加工物において数百μｍの幅ｘ３７０ｍｍの長さのビームを生成することが開示されている。又、逐次横成長結晶化については、複数の特許文献に記載されていて、それらの特許文献としては、１９９８年１１月２７日に出願された米国特許出願公開第０９／２００，５３３号明細書に基づく
“ＣＲＹＳＴＡＬＬＩＺＡＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＯＦ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＦＩＬＭ ＲＥＧＩＯＮＳ ＯＮ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ，ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ ＭＡＤＥ ＴＨＥＲＥＷＩＴＨ”と題された２００１年１１月２７日に出願された米国特許第６，３２２，６２５号明細書と、２０００年３月１６日に出願された米国特許出願公開第０９／５２６，５８５号明細書に基づく
“ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ Ａ ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ”と題された２００２年４月９日に出願された米国特許第６，３６８，９４５号明細書と、１９９９年９月３日に出願された米国特許出願公開第０９／３９０，５３５号明細書に基づく
“ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＵＮＩＦＯＲＭ ＬＡＲＧＥ−ＧＲＡＩＮＥＤ ＡＮＤ ＧＲＡＩＮ ＢＯＵＮＤＡＲＹ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＥＤ ＰＯＬＹＣＲＹＳＴＡＬ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＦＩＣＡＴＩＯＮ”と題された２００３年４月２９日に出願された米国特許第６，５５５，４４９号明細書と、２００１年３月３０日に出願された米国特許出願公開第０９／８２３，５４７号明細書に基づく
“ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ Ａ ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＭＯＴＩＯＮ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ”と題された２００３年５月１３日に出願された米国特許第６，５６３，０７７号明細書と、１９９９年９月３日に出願された米国特許出願公開第０９／３９０，５３７号明細書に基づく、“ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＵＳＩＮＧ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＳＩＮＧＬＥ ＰＯＬＹＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＡＴ ＬＯＷ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＳ”と題された２００３年６月３日に出願された米国特許第６，５７３，５３号明細書と、２０００年１１月２７日に出願された米国特許出願公開第０９／７２２，７７８号明細書に基づく
“ＳＰＥＣＩＡＬＩＺＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ ＦＯＲ ＵＳＥ ＩＮ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ”と題された２００３年６月２４日に出願された米国特許第６，５８２，８２７号明細書とに記載されていて、又、２００２年１１月１３日に出願された米国特許出願公開第１０／２９４，００１号明細書に基づく
“ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＵＮＩＦＯＲＭ ＬＡＲＧＥ−ＧＲＡＩＮＥＤ ＡＮＤ ＧＲＡＩＮ ＢＯＵＮＤＡＲＹ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＥＤ ＰＯＬＹＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ”と題された２００３年５月２２日に出願された本発明者等による米国特許出願公開第２００３／００９６４８９Ａ１号明細書と、２００２年１２月３日に出願された米国特許出願公開第１０／３０８，９５８号明細書に基づく“ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＵＮＩＦＯＲＭ ＬＡＲＧＥ−ＧＲＡＩＮＥＤ ＡＮＤ ＧＲＡＩＮ ＢＯＵＮＤＡＲＹ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＥＤ ＰＯＬＹＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ”と題された２００３年６月２６日に出願された本発明者等による米国特許出願公開第２００３／０１１９２８６Ａ１号明細書と、に記載されている。
そのような薄膜結晶化の特徴について記載している更なる特許文献としては、１９９３年１１月３日に出願された米国特許出願公開第１４７６３５号明細書に基づく
“ｍＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ Ａ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＢＹ ＯＶＥＲＬＡＰＰＩＮＧ ＡＮＮＥＡＬＩＮＧ ＵＳＩＮＧ ＬＡＳＥＲＳ”と題された１９９５年７月１１日に出願されたＣｈａｅによる米国特許第５，４２３，１２２号明細書と、１９９９年５月１３日に出願された米国特許出願公開第０９／３１１，７０２号明細書に基づく
“ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＦＯＲ Ａ ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ”と題された２００１年１月２３日に出願されたＪｕｎｇによる米国特許第６，１７７，３０１号明細書と、２０００年６月２８日に出願された米国特許出願公開第０９／６０５，４０９号明細書に基づく
“ＬｌＡＳＥＲ ＡＮＮＥＡＬＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ”と題された２００１年１１月１３日に出願されたＪｕｎｇによる米国特許第６，３１６，３３８号明細書と、２０００年５月３０日に出願された米国特許出願公開第０９／５８３，４５０号明細書に基づく
“ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ”と題された２００１年４月１０日に出願されたＹａｍａｚａｋｉによる米国特許第６，２１５，５９５号明細書と、１９９５年７月１９日に出願された米国特許出願公開第５０４０８７号明細書に基づく
“ＬＡＳＥＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ”と題された２００１年１０月９日に出願されたＺｈａｎｇによる米国特許第６，３００，１７６号明細書と、２０００年９月２１日に出願された米国特許出願公開第０９／６６７，７５８号明細書に基づく
“ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ ＰＡＮＥＬ”と題された２００２年５月２８日に出願されたＮｏｇｕｃｈｉによる米国特許第６，３９６，５６０号明細書と、２００３年６月１７日に出願された米国特許出願公開第１０／４６２，７９２号明細書に基づく“ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＳＴＩＯＮ ＴＨＥＲＥＯＦ”と題された２００４年４月１日に出願されたＴａｋｅｄａ等による米国特許出願公開第２００４／００６０５０４Ａ１号明細書と、に記載されている。
Ｋａｌｈｅｒｔは、その従来技術は、その従来技術における４００μｍの被加工物におけるレーザパルスの寸法、線幅に限定されていることを注記している。
図１は、Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ社製のＥＬＡについてＬａｈｌｅｒｔが記載した光学系レイアウトについて示している。図１を参照すると、アセンブリ２０が構成されていることが分かる。アセンブリ２０は、レーザ出力ビーム２２、例えば、Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ社製のＸｅＣｌ ＬＳ １０００エキシマレーザの出力を有する。レーザビーム２２は減衰板の対２６を有する減衰器２４を通る。レーザビーム２２は、次いで、レーザビーム２２の長軸における伸縮望遠要素を共に構成する第１望遠レンズ３２及び第２望遠レンズ３４を有する長軸伸縮光学系３０により長軸が伸縮される。ビームは、それ故、シリンドリカルレンズの第１列４２及び平行なシリンドリカルレンズの第２列４４を有する長軸ホモジナイザ４０を通り、第１列のシリンドリカルレンズ４２各々は、長軸において選択された間隔で焦点を有し、ビームの長軸を結像する結像レンズ４６により後続されている。ビームは、次いで、シリンドリカルレンズの第１列５２及びとシリンドリカルレンズの第２列５４とを有する短軸ホモジナイザ５０を通り、第１列のレンズ５２各々は、選択された間隔を置いた焦点を有し、視野レンズ６４を又、有する視野絞り６０を構成するスリット６２の短軸においてビームを結像する結像レンズ５６により後続されている。広げられたビーム８０は、次いで、９０％の反射率を有するミラー９０により９０°回転され、続いて、第１レンズ１０２及び第２レンズ１０４を有する５Ｘに拡大するシリンドリカル複合レンズを有するビーム短軸拡大器１００を通り、そのビームは、基板１３０において最終的なＥＬＡビーム１２０を生成される。そのような従来技術のアセンブリ２０は又、第１ＣＣＤカメラ１１２と第２ＣＣＤカメラ１１２を有するビーム品質モニタリングシステム１１０を有することが可能である。
図２は、図１のアセンブリ２０の短軸アセンブリ構成要素のみを示し、２つの単一チャンバＬａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ社製単一オシレータエキシマレーザからもたらされる２つのレーザビーム２２、２２′、例えば、ＸｅＣｌレーザ又はＫｒＦエキシマレーザの従来技術のＬａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ社製又はＪＳＷ社製ＥＬＳ装置において使用することについて示している。視野絞り６０においてビームを結像する短軸がオーバーラップすることが又、示され、それ故、結合されたオーバーラップしたビームプロファイルにおけるエネルギーの一部のみがスリット６２を通ることができる。
図３は、短軸におけるビームの拡大と長軸におけるビームの伸縮の両方のための有効なレンズの組み合わせであって、例えば、スキャン方向の軸において細くされ且つスキャン方向に対して直交する方向において伸長されるリング（ｌｉｎｇ）状ビーム１２０を結果的に得るシリンドリカル凹レンズにより後続されるシリンドリカル凸レンズを有することが可能である。
図４は、本発明の実施形態の特徴に従って、短軸ビームホモジナイザ５０及び長軸ビームホモジナイザ４０において実行されるビーム均一化の効果を示すレンズアセンブリの実施例であって、例えば、約１．２ｍｍの厚さを有する、必要な強度レベルでＤＵＶ光を光学的に許容することが可能である適切な材料、例えば、ＭｇＦ２又はＣａＦ２から成る基板と、一方側に、反射性シリンドリカルアレイと、例えば、例えば、約１°の発散角が結果的に得られる約３００μｍのアレイにおけるレンズピッチと遠視野の均一な強度分布を有する平凸シリンドリカルマイクロレンズと、を有する、実施例を示している。そのようなレンズアセンブリは、例えば、表示がＣＣ−Ｑ−３００ １°、５ｍｍｘ１０ｍｍである、高パワービームホモジナイザの下でのＳｕｓｓ Ｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ製のものがある。
文献“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｇｒｏｗｎ，ｌａｓｅｒ−ａｎｅｅａｌｅｄ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｉｌｍｓ”，ｂｙ Ａ．Ｖｏｕｔｓａｓ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒ．ｏｆ Ａｐｐｌｄ Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．９４，Ｎｏ．１２（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １５，２００３）（“Ｖｏｕｔｓａｓ”）において、特に、横結晶成長に関するビームの短軸におけるビームプロファイルのパラメータの重要性について言及されていて、本発明においては、その文献を援用することより本発明の説明の一部を代替する。これは、Ｖｏｕｔｓａｓが言及しているように、ビーム整形パターンの臨界サイズ、即ち、大きいアスペクト比の矩形の場合における略幅と、投影光学系の分解能、即ち、投影レンズの略開口率との間の関係により主に決定される。この関係は、ビームプロファイルのエッジ“鮮鋭度”、即ち、例えば、全強度の約１０％乃至９０％増大させるための強度についての空間的要求を決定する。Ｖｏｕｔｓａｓが詳細に記載したように、レーザエネルギーの非有効利用を最小化するために有効なＳＬＳ処理は急峻なビームエッジプロファイルを必要とする。実際には、そのプロファイルは、開口数と要求される焦点深度との間の妥協のために、投影光学系の開設限界により決定される。図４は、例えば、約５０．０５の開口数を有する５：１投影レンズから生成される８乃至９ｍｍの幅のビームレットを供給するように、上記の光学系により選択された部分及びビームの短軸における、代表的な先行技術の基板上での空間強度分布を示している。ＳＬＳ処理ウィンドウに対応する強度範囲については、Ｖｏｕｔｓａｓにより示されている。この範囲の外側の強度値に対しては、強度が小さ過ぎる場合、薄膜の部分的融解は、微粒子状ポリシリコン材料の後続する生成に伴って生じる。ビームプロファイルの急峻性は、それ故、ビームの各々のエッジにおけるこのレジーム（ｄｅ）の拡大を規定する。ビームレットの幅に応じて、照射条件の下でＬＧＬがビーム幅の約半分より小さい場合、ランダムな核形成が又、ビーム中心において生じる。Ｖｏｕｔｓａｓは又、ｄＬが横成長の長さであり、ｄｃがビーム中心の幅である場合に、核形成領域は次のようになり、
ｗ５２ｄｅ１２ｄＬ１ｄｃ
ここで、ｗはビーム幅であることに言及している。Ｖｏｕｔｓａｓは又、ビームレットの最適な使用に対して、Ｄｄｅ→０及びｄｃ→０であることが必要であることに言及している。又、Ｖｏｕｔｓａｓによると、核形成される“中心”領域は、例えば、ビームレットの幅を基本的に減少させることにより効果的に削除されることができる一方、ビームエッジ領域は限定されるが、決して、実際には削除されない。Ｖｏｕｔｓａｓは又、投影光学系の限定に加えて、ビームプロファイル劣化の他の原因に焦点を当てている。投影光学系のための所定の開口数に対して、例えば、レンズの撮像能力、即ち、そのレンズの分解能における本質的に無視可能は変化をもたらす照射されるサンプルの表面と投影レンズとの間の距離における変動度を規定する、焦点深度が決定される。例えば、所定の投影レンズに対して、サンプルの面の位置が焦点深度におけるこの限界を超えている場合、結像されるビームプロファイルにおいて歪みが生じ、例えば、それ自体“ぼやけ”として現れ、即ち、結像ビームは、アンダーフォーカスか又はオーバーフォーカスのどちらかを伴って、十分な分解能を有することができない。Ｖｏｕｔｓａｓによるそのような条件下においては、最大ビーム強度は減少し、エッジは更に拡散するようになり、例えば、急峻性の小さい勾配を有する。換言すれば、ｄｅは増加し、ビームレットの中心における核形成の確率が又、増加する。Ｖｏｕｔｓａｓは又、ビームプロファイルにおける増大されたエッジ拡散のために、最良の焦点面からｍｍの単位でデフォーカスされる度合い、例えば、デフォーカスに伴って減少する横成長の長さ、の関数としてのＬＧＬは、横成長のために非有効なビームの増加された部分を与えることに言及している。Ｖｏｕｔｓａｓは、レーザフルエンスを増加させることはＬＧＬのデフォーカスの損失を幾らか、補償することができるが、そのような補償の範囲に関しては凝集が限界をもたらし、そのことは、例えば、大きい領域に亘る横成長の継続を維持するように最適な基板ピッチを決定することにおいて、デフォーカシングのためのビームプロファイルにおける劣化が明らかにされる必要があることを示している。
ＥＬＡを用いるＡＭＬＣＤ製造のためのガラス基板としては、例えば、文献Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＭＩＥ １０１（２００２年８月号）に記載されているような、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）１７３７ ＡＭＬＣＤガラス基板、文献Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＰＥＩ １０１（２００２年１２月号）に記載されているような、１７３７ディスプレイグレードのガラス基板、文献Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＰＩＥ ２０１（２００２年１２月号）と、“Ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆｏｒ ＡＭＬＣＤ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＴＩＰ １０１（２００２年２月号）及び”Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｅｓｉｇｎｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｇ ｏｆ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｓｈｅｅｔｓ“，ＴＩＰ ３０３（２００３年２月号）とに記載されているような、Ｅａｇｌｅ２０００ＴＭディスプレイグレードのガラス基板があり、ここでは、それらの文献の開示内容を援用することにより、本発明の説明の一部を代替する。
図４は、従来技術である、文献“Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＴＦＴｓ）ｗｉｔｈ ＳｉＮｘ Ｇａｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＥＬＡ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ Ｆｉｌｍｓ”
ｂｙ Ｋ．Ｌｅｅ，ｈｔｔｐ：／／Ｔｔｆｔｌｃｄ．ｋｈｕ．ａｃ．ｋｒ/ｒｅｓｅａｒｃｈ/ｐｏｌｙ−Ｓｉ/ｃｈａｐｔｅｒ５．ｈｔｍｌに従ってエキシマレーザによりアニールされた（ＥＬＡ）ポリシリコン薄膜の調製のためのプロセスフローを模式的に示している。図４に示すように、例えば、ＪＳＷ社製のアニール装置における矩形ビーム形状を有するＸｅＣｌエキシマレーザシステム（図示せず）を用いることができる。ＳｉＯ２のバッファ層１３４はＡＰＣＶＤにより清浄なガラス基板上に堆積される。７０ｎｍの厚さのアモルファスシリコン：水酸化物（”a−Ｓｉ：Ｈ“）薄膜１３６が、ＥＬＡのための開始材料としてＰＥＣＶＤにより堆積される。a−Ｓｉ：Ｈ薄膜は、アモルファスシリコン１３８の層を形成するために１５０ｍＪ/ｃｍ２で９４％オーバーラップスキャンを有するエキシマレーザにより脱水素される。最終的に、脱水素されたa−Ｓｉ：Ｈ層１３８は、ポリシリコン層１３８を形成するために３００℃において９４％オーバーラップスキャンを有するＥＬＡにより結晶化される。レーザエネルギー密度は、高品質のポリシリコン薄膜１３８を得るために最適なレーザ強度を求めるように２４０乃至３３０ｍＪ/ｃｍ２の範囲内で変化される。
ＪＳＷ社製のＥＬＡシステムは結晶化及び活性化のための比較的単純な光学系を有するが、小さい粒子状であり、単に約１００のみのＴＦＴ移動度性能、１時間当たり単に２５シートのみのスループット、シートあたり比較的高いメンテナンスコスト及びエネルギーに影響されるが焦点に影響されないプロセスマージンを有する微小構造を形成する。ＪＷＳ社の２ショットのＳＬＳシステムは、結晶化に対して比較的複雑な光学系を有し、２乃至３μｍの粒子、約１５０乃至２００の範囲内の移動度をもたらし、１時間当たり３５シートのスループットを有する。それは、ＪＷＳ社製のＥＬＡより約３２％安価であるシート当たりのメンテナンスコストを有し、エネルギーに影響されないが焦点に影響されるプロセスマージンを有する。
図５は、約９μｍのビーム線幅を有する従来技術のビームプロファイルを示している。
そのようなアプリケーションが、エキシマレーザ、例えば、不活性ガス原子及びハロゲン原子（Ｃｌ、Ｉ、Ｆ等）を有するレーザ活性材料を有する不活性ガスハロゲンレーザを利用することは又、周知である。又、例えば、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、ＫｒＦ及びＡｒＦのような希ガスハロゲンレーザが又、具体例として示され、Ｓｉ薄膜の結晶化において有効に利用され、それについては、文献、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａ１２，１２９（１９７５）ｂｙ Ｊ．Ｊ．Ｅｗｉｎｇ及びＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９，５３８（１９７６）ｂｙ Ｍ．Ｈｏｆｆｍａｎにおいて開示されていて、それらの参照文献においては、上記のレーザの代表的なレーザとしてＸｅＦを有するものである。その文献においては又、ａ−Ｓｉ：Ｈを結晶化するために、例えば、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＸｅＦ（３５１ｎｍ）等の多くのエキシマレーザを用いている。特に、ＸｅＣｌエキシマレーザは、良好なガス安定性と、波数３０８ｎｍ近くでａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜についての高吸収係数を有する。それ故、多くの企業は、安定動作及び３０８ｎｍにおけるａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜の高吸収係数（〜１０６ｃｍ−１）のために、製造のためにＸｅＣｌレーザを採用している。これについては、文献“Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＴＦＴｓ） ｗｉｔｈ ＳｉＮｘ Ｇａｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ”，ｂｙ Ｋ．Ｌｅｅ，Ｃｈａｐｔｅｒ ４， Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｄｅｔａｉｌｓ，ｈｔｔｍ：//ｔｆｔｌｃｄ．ｋｙｕｎｇｈｅｅ．ａｃ．ｋｒ/ｒｅｓｅａｒｃｈ/ｐｏｌｙ−Ｓｉ/ｃｈａｐｔｅｒ４．ｈｔｍｌを参照されたい。
文献“Ｅｘｃｉｍｅｒ−Ｌａｓｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴ‘ｓ ｗｉｔｈ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｇａｔｅ”，ｂｙ Ｃ．Ｋｉｍ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．４（Ａｐｒｉｌ １９９６），ｐ．５７６−５７９（“Ｋｉｍ”）において、ガラス基板及びアモルファスシリコンの界面に隣接してアモルファスシリコンにおけるポリシリコンの透明なゲート電極を形成するためにガラス組成物上にアモルファスシリコン薄膜のガラス基板側にＸｅＦレーザ光照射することについて記載されている。その文献において又、ドライバモノリシックアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（“ＡＭ−ＬＣＤ”）に対してそのようなトランジスタを形成するためのその技術の使用について記載されている。Ｋｉｍは、文献“Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＴＦＴ’ｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ＸｅＣｌ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｉｌｍ”，ｂｙ Ｋ．Ｓｅｒａ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１２，（１９８９），ｐｐ．２８６８−２８７２と、”ＵＶ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｉ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”，ｂｙ Ｙ Ｍｏｒｉｔａ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．２（１９８９）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１１と、“Ｏｎ−Ｃｈｉｐ ｂｏｔｔｏｍ ｇａｔｅ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｇａｔｅ”，ｂｙ Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１０（１９９０）ｐｐ．Ｌ１７７５−Ｌ１７７７と、“Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｏｌｙ−ｓｉ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｇａｔｅ”，ｂｙ Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１Ｂ（１９９３）ｐｐ．４５２−Ｌ４５７と、“Ｂｏｔｔｏｍ−ｇａｔｅ ｐｏｌｙ−ｓｉ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ＸｅＣｌ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｉｏｎ ｄｏｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，ｂｙ Ｋ．Ｆｕｒｕｔａ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１４，（１９９３），ｐｐ．1９６４−１９６９と、“Ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ＴＦＴ ＡＭＬＣＤ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，ｂｙ Ｙ．Ｓｕｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ １９９４ ＩＮｔＤｉｓｐ．Ｒｅｓ．Ｃｏｎｆ．（１９９４），ｐｐ．１３４−１４７を引用し、アモルファスシリコンの上側アニーリングはＸｅＣｌ及び他のレーザを有するエキシマレーザを用いてなされていることを指摘しているが、ここでは、それらの文献の開示内容を援用することにより、本発明の説明の一部を代替する。しかしながら、Ｋｉｍは、透明なボトムゲートを形成するために基板照射のためにＸｅＣｌのみを用いることを開示し、提案している。
軸外収差を回避するように隣とのみの重畳と結像するために必要な像面における空間的重畳とにより実行される部分画像の重畳により限定された角部を結像する各々のチャネルと共に中間画像を用いてレンズ列により形成される画像チャネルを利用することが知られている。ｍｓｔＮｎｅｗｓ ２／０３及びＨｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｓｓ−ｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍ／Ｄｄｏｗｎｌｏａｄｓ／Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ＿ｏｆ＿Ｉｍａｇｉｎｇ＿Ｓｙｓｔｅｍ．ｐｄｆを参照されたい。
エキシマレーザビームの強度再分配のためにフライアイレンズを使用することについては、文献“Ｃｙｌｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｆｌｙ‘ｓ ｅｙｅ ｌｅｎｓ ｆｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ”，ｂｙ Ｙ．Ｏｚａｋｉ，ｅｔ ａｌ．及び”Ａ ｆｌｙ ｅｙｅ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ“，ｂｙ Ｂ．Ｃｒｏｗｔｈｅｒ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００２，Ｖｏｌ．４８３２（２００２），ｐｐ４８３２−４８３５に記載されているように、周知である。
米国特許出願公開第０９／２００，５３３号明細書 米国特許第６，３２２，６２５号明細書 米国特許出願公開第０９／５２６，５８５号明細書 米国特許第６，３６８，９４５号明細書 米国特許出願公開第０９／３９０，５３５号明細書 米国特許第６，５５５，４４９号明細書 米国特許出願公開第０９／８２３，５４７号明細書 米国特許第６，５６３，０７７号明細書 米国特許出願公開第０９／３９０，５３７号明細書 米国特許第６，５７３，５３号明細書 米国特許出願公開第０９／７２２，７７８号明細書 米国特許第６，５８２，８２７号明細書 米国特許出願公開第１０／２９４，００１号明細書 米国特許出願公開第２００３／００９６４８９Ａ１号明細書 米国特許出願公開第１０／３０８，９５８号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１１９２８６Ａ１号明細書 米国特許出願公開第１４７６３５号明細書 米国特許出願公開第０９／３１１，７０２号明細書 米国特許第６，１７７，３０１号明細書 米国特許出願公開第０９／６０５，４０９号明細書 米国特許第６，３１６，３３８号明細書 米国特許出願公開第０９／５８３，４５０号明細書 米国特許第６，２１５，５９５号明細書 米国特許出願公開第５０４０８７号明細書 米国特許第６，３００，１７６号明細書 米国特許出願公開第０９／６６７，７５８号明細書 米国特許第６，３９６，５６０号明細書 米国特許出願公開第１０／４６２，７９２号明細書 米国特許出願公開第２００４／００６０５０４Ａ１号明細書 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｓｏ．ｏｒｇ／ｇｅｎ−ｆａｃ／ｐｕｂｓ／ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ／ａｒｃｈｉｖｅ／ｎｏ．１１４−ｄｅｃ０３／ｍｅｓｓ−ｗｉｌｓｏｎ．ｐｄｆ Ｈ．Ｋａｈｌｅｒｔ，ｅｔ ａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｉｎ Ｓｉ−ｆｉｌｍ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒｓ：ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ"，Ｐｒｏｃ．ｏｒ ＳＰＩＥ−ＩＳ＆Ｔ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５００４（２００３），ｐｐ．２０−２７ Ａ．Ｖｏｕｔｓａｓ，ｅｔ ａｌ．，"Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｇｒｏｗｎ，ｌａｓｅｒ−ａｎｅｅａｌｅｄ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｉｌｍｓ"，Ｊｏｕｒ．ｏｆ Ａｐｐｌｄ Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．９４，Ｎｏ．１２（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １５，２００３） ＰＥＩ １０１（２００２年１２月号） ＰＩＥ ２０１（２００２年１２月号） "Ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆｏｒ ＡＭＬＣＤ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＴＩＰ １０１（２００２年２月号） "Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｅｓｉｇｎｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｇ ｏｆ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｓｈｅｅｔｓ"，ＴＩＰ ３０３（２００３年２月号） Ｋ．Ｌｅｅ，"Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＴＦＴｓ）ｗｉｔｈ ＳｉＮｘ Ｇａｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＥＬＡ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ Ｆｉｌｍｓ"，ｈｔｔｐ：／／Ｔｔｆｔｌｃｄ．ｋｈｕ．ａｃ．ｋｒ/ｒｅｓｅａｒｃｈ/ｐｏｌｙ−Ｓｉ/ｃｈａｐｔｅｒ５．ｈｔｍｌ Ｊ．Ｊ．Ｅｗｉｎｇ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａ１２，１２９（１９７５） Ｍ．Ｈｏｆｆｍａｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９，５３８（１９７６） Ｋ．Ｌｅｅ，"Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＴＦＴｓ） ｗｉｔｈ ＳｉＮｘ Ｇａｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ"，Ｃｈａｐｔｅｒ ４， Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｄｅｔａｉｌｓ，ｈｔｔｍ：//ｔｆｔｌｃｄ．ｋｙｕｎｇｈｅｅ．ａｃ．ｋｒ/ｒｅｓｅａｒｃｈ/ｐｏｌｙ−Ｓｉ/ｃｈａｐｔｅｒ４．ｈｔｍｌ Ｃ．Ｋｉｍ，ｅｔ ａｌ．，"Ｅｘｃｉｍｅｒ−Ｌａｓｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴ‘ｓ ｗｉｔｈ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｇａｔｅ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．４（Ａｐｒｉｌ １９９６），ｐ．５７６−５７９ Ｋ．Ｓｅｒａ，ｅｔ ａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＴＦＴ’ｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ＸｅＣｌ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｉｌｍ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１２，（１９８９），ｐｐ．２８６８−２８７２ Ｙ．Ｍｏｒｉｔａ，ｅｔ ａｌ．，"ＵＶ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｉ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．２（１９８９）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１１ Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，ｅｔ ａｌ．，"Ｏｎ−Ｃｈｉｐ ｂｏｔｔｏｍ ｇａｔｅ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｇａｔｅ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１０（１９９０）ｐｐ．Ｌ１７７５−Ｌ１７７７ Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，ｅｔ ａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｏｌｙ−ｓｉ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｇａｔｅ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１Ｂ（１９９３）ｐｐ．４５２−Ｌ４５７ Ｋ．Ｆｕｒｕｔａ，ｅｔ ａｌ．，"Ｂｏｔｔｏｍ−ｇａｔｅ ｐｏｌｙ−ｓｉ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ＸｅＣｌ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｉｏｎ ｄｏｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１４，（１９９３），ｐｐ．1９６４−１９６９ Ｙ．Ｓｕｎ，ｅｔ ａｌ．，"Ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ＴＦＴ ＡＭＬＣＤ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ"，Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ １９９４ ＩＮｔＤｉｓｐ．Ｒｅｓ．Ｃｏｎｆ．（１９９４），ｐｐ．１３４−１４７ ｍｓｔＮｎｅｗｓ ２／０３ Ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｓｓ−ｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍ／Ｄｄｏｗｎｌｏａｄｓ／Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ＿ｏｆ＿Ｉｍａｇｉｎｇ＿Ｓｙｓｔｅｍ．ｐｄｆ Ｙ．Ｏｚａｋｉ，ｅｔ ａｌ．，"Ｃｙｌｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｆｌｙ’ｓ ｅｙｅ ｌｅｎｓ ｆｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｉｓｓｕｅ １（Ｊａｎｕａｒｙ １９８９）ｐ．１０６ Ｂ．Ｃｒｏｗｔｈｅｒ，ｅｔ ａｌ．，"Ａ ｆｌｙ ｅｙｅ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ"，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００２，Ｖｏｌ．４８３２（２００２），ｐｐ４８３２−４８３５
問題を解決するための手段
以下、被加工物における薄膜の方位と結晶構造の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置及び方法であって、パルス線量制御に対してパルスを用いて大きいパワーと大きい繰返しレートにおいてレーザ出力光パルスビームを生成するＸｅＦレーザシステムを構成する主発信パワー増幅器ＭＯＰＡ又はパワー発信器（ＰＯ）パワー増幅器（ＰＡ）を有する、ガス放電レーザ結晶化装置及び方法について開示している。光学システムは、レーザ出力光パルスビームから伸長された細いパルス化作用ビームを生成する。その装置はＰＯＰＡレーザとして構成されるレーザシステムを更に有することが可能であり、第１レーザ出力光パルスビームの増幅として第２レユニットに第１出力レーザ光パルスビームを方向付けるように動作するリレー光学系と、パルス又は−３ｎｓｅｃ内で第１及び第２レーザユニットにおいてガス放電の発生のタイミングをとるタイミング及び制御モジュールとを更に有することが可能である。そのシステムは、発信器レーザユニットにおいて分岐制御を有することが可能である。そのシステムは、レーザと被加工物との中間のビームポインティング制御機構と、レーザと被加工物との中間のビーム位置制御機構とを更に有することが可能である。ビームパラメータ計測法は、ビームポインティング制御機構に対する能動帰還制御と、ビーム位置制御機構に対する能動帰還制御とを与えることが可能である。
本発明者は、結晶化及び活性化のための簡単な光学系を有し、２００乃至４００の移動性と１時間当たり３５シートのスループットを与える、又は、被加工物の長さを長くする粒子を形成する又は本質的に形成することができる、指向性ＳＬＳシステムを提供する。シート形式の本発明者が提案しているシステム当たりのメンテナンスはＪＷＳ社製のＥＬＡシステムより約３７％安価であり、ＪＷＳ社製のシステムに匹敵する焦点又はエネルギーに影響されないプロセスマージンを有する。
本発明者は、レーザ繰り返し数、少なくとも４０００Ｈｚと、例えば、９０％の重畳度と、約０．００２ｍｍのスキャンピッチと、４７０ｍｍのスキャン長さとを伴って、３６５ｘ０．０２ｍｍ即ち、より小さい伸長されて細いビームを用いて１回のスキャンで基板を有するシートをカバーし、そして、７３０ｘ０．０２ｍｍの伸長された細いビームの１回のスキャンにより７３０ｘ９２０ｍｍのサイズのシートをカバーすることができる、ビームの一部を利用する性能を３７０ｘ４７０ｍｍのサイズのシートに対して与え、前者の場合、シート当たり２３５，０００回の結晶化ショット、５９秒の結晶化時間、シート当たり４３秒のウェースティング時間の間に１７３，２００回のウェースティングショット、及び４０８，２００回の総ショット及び１０２秒の作動時間は１時間当たり３５．３８シートのスループットを与えることが可能であり、後者の場合、例えば、８０％の重畳度、結果として得られる４６０，０００回の結晶化ショット、１１５秒の結晶化時間、総ショット数４６９，９５９回に対する９，９５９回のウェースティングショット及び１時間当たり２２．７４シートのスループットを除いて類似する数値を有してシートの全体の７３０ｍｍの幅をカバーする１回のスキャンを用いる。各々の例においては、本発明の実施形態の特徴に従って達成可能なスループットは、４０００Ｈｚの比較的遅いレートにおいてさえ、従来技術に対して約４５％の改善になる。
ここで、図６を参照するに、本発明の実施形態の特徴に従った、例示としてのパルス化レーザ出力光ビーム生成システム１６０を模式的に示している。システム１６０は、発信器レーザシステム１６２と、増幅器レーザシステム１６４とを有することが可能である。パルス化レーザ出力光ビーム生成システム１６０は、例えば、当該技術分野において既知である細線化モジュール又は細線化パッケージを用いて、発振器システムの出力パルス１８０が細線化され、又は、細線化が用いられないパワー発信器であることが可能である、主発信パワー増幅器システムであることが可能である。このアプリケーションの目的のあために、発信器レーザの両方の方式は、主発振器ＭＯ又はパワー発信器ＰＯであるに拘らず、主発振器ＭＯとして用いられることができ且つ主発振器ＭＯと呼ばれる。図６に示すように、ＭＯは、発信器レーザシステム１６２のガス放電チャンバにおける陰極１７４と陽極７６との間の放電により出力ビーム１８０を生成するように軸外発振についてアライメントされるように例示として示されている、凹面ミラー１７０と凸面ミラー１７２とを有する不安定共振器を有することが可能である。
出力ビーム１８０は、発信器チャンバ１６２の不安定共振器構成のために、少なくとも一軸、例えば、水平方向の軸において、約５０ｍＪであり且つ比較的広がりが小さいことが可能である。このビーム１８０は、増幅レーザシステム１６４のガス放電チャンバの方にリレー光学システム１８２における略全反射ミラーにより反射され、その増幅レーザシステム１６４は、ＸＬＡシリーズのモデル番号で発明者の譲受人により販売されているレーザシステムのようなＭＯＰＡレーザシステムとして当該技術分野において既知であるマルチパスパワー発信器を有することが可能である。ビーム１８０は、パルス化レーザ出力光ビーム１９０を発生するようにビーム１８０の到達にタイミングを合わせられる増幅器レーザシステム１６４のガス放電チャンバにおける陰極１７４と陽極１７６との間の放電により増幅器レーザシステム１６４において強度を増幅される。
レーザシステム１６４は、例えば、軸外の２パスによりマルチパス増幅器システムであることが可能であることが理解されるであろう。更に、増幅ミレーザシステム１６４は又、例えば、パワー発振器として共振器レーザキャビティにおける入力ビーム１８０を増幅するように、安定共振器キャビティ又は不安定共振器キャビティとして又、構成される発信器システムであることが可能である。
ここで、図７を参照するに、本発明の実施形態の特徴に従ったシステムの一部を模式的に示している。被加工物１３０は、例えば、スキャン方向に対して直交する方向に約３６５ｍｍ乃至７３０ｍｍの長さに、即ち、その寸法にある被加工物１３０の所望の長さ、例えば、図７における実施例として例示されているように処理されるようになっていない一部の境界をカバーするような十分な長さに伸長された細いビームによりスキャンされることが可能である薄膜層ａ−Ｓｉ１４０を有することが可能である。スキャン方向におけるスキャンは、下で説明するような、例えば、新たな結晶成長を伴うある所望の長さにある結晶を意図的に抑制するように、パルスがスキップされ、次いで、後続パルスから開始される場合を除いて、ビーム１２０の寸法、例えば、各々のパルスにおけるビームにより照射される連続的結晶化領域の重畳を確実にするようにピッチを有する３６５ｍｍｘ５乃至２０μｍの寸法により結晶化領域をカバーするパルス出力レーザ光ビームの各々のパルスを用いて行われることが可能である。
例えば、スキャン方向におけるパルスに対して５μｍの線幅を用いて、３μｍのピッチが選択されることが可能であり、そのことは、そのとき、パルスからパルスへのスキャン方向におけるパルスの線幅の約４０％の重畳を与える。
ＳＬＳに対する被加工物における約１Ｊ／ｃｍ２の必要なエネルギー密度及び７３０ｍｍｘ０．０１ｍｍのビームに対して、このことは、７３ｎＪを必要とし、レーザからワークステージへの伝送レート７０５を前提とする場合、レーザから少なくとも１００ｍＪを必要とし、４ｋＨｚのビーム繰り返し数と、例えば、２μｍ／パルスのスキャンピッチは、２μｍ＊４ｋＨｚ＝８ｍｍ／ｓｅｃのステージスキャン速度を必要とする。本発明の実施形態の特徴に従って、空間ビーム強度プロファイルは、で切るだけ急峻に維持される必要があり、即ち、１０μｍのパルス幅（ＦＷＨＭ）に対して約２μｍ未満について側壁における強度の約１０％から強度の約９０％までのプロファイルの側壁の勾配、即ち、約＞９の勾配を有する必要がある。ビームプロファイルが十分に急峻でない場合、結晶化領域の変動をもたらすエネルギー密度の変動のために、スキャン方向における結晶化領域の全幅における変動と短い横成長距離を有する。
図７は、被加工物の十分な長さ又は幅が処理されない、例えば、輪郭１４２は、最初にスキャンされる結晶化領域の前後及び最後にスキャンされる結晶化領域の後に被加工物の端部において、又は、スキャン方向に対して一般に直交するビームの長手方向の範囲を超えるエッジに沿って、意図的に残されることが可能である。ここで、用いる用語、被加工物の全範囲は、例えば、本発明の特徴に従った伸長された細いビームを用いて、１スキャンで長さ及び幅に対して被加工物の所望部分における所望の結晶化を得るように、被加工物自体の全てが実際に処理されるかどうかに拘らず、例えば、結晶化に対して、被加工物について所望するこのカバーの範囲を意味する。
ここで、図８及び９を参照するに、本発明の実施形態の特徴に従って、本発明に従った有用なビーム供給及びビーム処理システム２００を示している。そのシステムは、パルス化レーザ出力光ビーム１９０を取り込み、例えば、ビーム供給ユニット２０８及びビーム処理ユニット２２０によりワークステージ２０４において、そのビームを被加工物に供給する。ビーム供給ユニット２０８はビーム安定性計測モジュール２０６を有することが可能であり、そのモジュールはビーム位置及びポインティング並びにビームエネルギーを測定し、ＢＤＵ２０８においてチューニングミラー２１０に対してアクティブフィードバック制御を与えることが可能である。
そのシステムは、ワークステージ２０５の被加工物１３０における線量制御のために、例えば、約５％乃至５０％だけ、ビーム１９０を細くするようにフィードバック制御において動作する減衰器２０２を有することが可能である。減衰器２０２は冷却ユニット２０４を有することが可能である。システム２００は又、ビーム安定性制御モジュール２１０（“ＢＳＣ”）２１０と共にビーム安定性計測モジュール（“ＳＭＭ”）２０６を有することが可能である。ＢＤＵ２０８の出力はビーム処理モジュール２２０により受信される。
又、ビーム１９０の経路内に、動作ソレノイド２３２によりＢＤＵ２１０におけるビーム１９０の経路に入れられ及びその経路から外されることが可能である減衰器２３０を有することが可能である。これは、例えば、低レベルのビーム強度において下流の計測に対して許容される約９９％以下にビームを減衰させるために用いられることが可能である。原ビームプロファイラ２４０は、ビームスプリッタを動作させるソレノイド２４４を用いてビームスプリッタ２４２をビーム１９０の経路内に入れることにより、レーザシステム１６０近くにビームをもたらすように利用されることが可能である。
ビームスプリッタ２４６は、ＳＭＭ２０６にビーム１９０の小部分の進路を変えるように利用されることが可能であり、ＳＭＭ２０６において、計測法は、ビーム処理モジュール２２０にビームが入る直前にビーム１９０に関して実行されることが可能である。ＳＭＭは、ビーム位置、ポインティング（角度）及びエネルギーをモニタリングすることが可能であり、そして、例えば、レーザシステム１６０、ＢＳＣ２１０並びに被加工物プロファイル及びエネルギー検出器／制御器２７０と、例えば、ネットワークリンクであって、例えば、ＲＳ−４２２に対して、通信状態にあることが可能である、例えば、プログラムされたコンピュータプロセッサを有する主制御器２８０に及び／又はＢＳＣにそれらのパラメータに関する情報を供給することが可能である。ＢＳＣは、外部のレーザ出力エネルギー制御のため及び減衰制御のためにレーザ及び減衰器と直接、通信状態にあることが可能であり、パルス幅モニタ２６０への出力を有することが又、可能である。
例えば、パワーメータのカメラを用いて、例えば、ビームを測定するためのサービスツールは、手動で操作されることが可能である動作ソレノイド２５４によりビーム１９０の経路に入れられるビームスプリッタ２５６を用いることによりビーム処理モジュール２２０にビームが入る前に、ビーム１９０の経路に手動で入れられることが可能である。
そのシステムは又、ＢＤＵ２０８のビーム経路、ビーム処理モジュール２２０及びワークステージ２０５の１つ又はそれ以上をパージするようにすることが可能である窒素パージモジュール２７２を有することが又、可能である。
安全性センサ２７４は、ビーム処理モジュール及び／ワークステージ２０５をパージするようにＮ２ソレノイドバルブと共に動作することが可能である。
シャッタ２４８は、ビーム１９０がビーム処理モジュール２２０に入らないようにするようにビーム１９０の経路に置かれることが可能である。
アクティブビーム安定化、例えば、ＢＤＵ２０８においてチューニングミラー２１０のフィードバック制御を用いない場合、ビームポインティングドリフトは、例えば、１００乃至２００μｒａｄと同程度に過度に大きくなり得る。しかしながら、安定化制御がオンである場合、そのずれは、例えば、特定のターゲットに対して約±２５μｒａｄに保たれることが可能であり、それはレーザデューティサイクルの影響に依存せずになされることが可能である。ビームパラメータ、例えば、ポインティング及び角度のアクティブフィードバック制御を用いない場合、比較的速いずれ、例えば、ポインティングずれは、少なくともデューティサイクル変動のために少なくとも一部において、即ち、例えば、バースト間の±５０μｒａｄ変動を伴って、約２００μｒａｄ以下で起こり得る。動作中、システム２００は、レーザ出射口におけるビームプロファイル及びパワーの形での計測及び制御と、安定計測方法（ＳＭＭ）を用いるアクティブビームドリフト（角度及び位置）補正と、ビーム供給を通してエネルギー安定性を維持するためのエネルギーセンサフィードバックと、ビーム処理及びビーム利用性と、ワークステージの基板におけるプロファイルモニタリングであって、ワークステージの基板においてビームを最適化するようにビーム供給光学系に対するプロファイルフィードバック及びワークステージとＳＭＭとにおいてエネルギーモニタからレーザに対するパワーモニタフィードバックの、プロファイルモニタリングとを供給することができることが理解されるであろう。
そのシステムは、パラメータであって、例えば、少なくとも９２０ｎｍの作用長さ、必要に応じて、＜０．０５μｍの線幅分解能、＜±０．２５μｍの単一方向再現性、＜±１μｍの制度及び約２０μｍについてのオートフォーカスシステムのパラメータを有する動作ができる。
本発明の実施形態の特徴に従って、ＢＳＣにおけるプログラムされた制御器（図示せず）とビームポインティング及び位置を測定するためのＳＭＭ機能は、それぞれ誤差信号を演算し、それらの誤差信号は、次いで、レーザエネルギー出力、レーザトリガ及び減衰器２０２等のものを制御するように主制御器２８０により利用される。所定開口数に値に対してテーブルＩに示されているように、被加工物において、減少の状態の変化が等価なシステムにおいて得られる。
Figure 2007512708
 本発明の特徴に従って、ボウタイ効果、即ち、ビームの長軸におけるビームの長手方向の端部の方に向かってビームの短軸におけるビームの拡大が生成される。例えば、±１８２．５ｍｍにおいてビーム端部の短軸における５乃至２０μｍのビームに対して、例えば、２０μｍが４０μｍと６０μｍとの間で大きくなる。短軸における４００μｍの線幅のビームに対するそのようなビームの拡大は無視することができる。しかしながら、本発明の実施形態の特徴に従って、約２Ｘ乃至１２Ｘの範囲内のこのようなビームの拡大は、ビームの長軸の中心におけるビーム線幅に応じては受け入れられない。分離されたＬＳＦが非常に小さいラインボウ効果により生成されることが可能である。ビームの長手方向の端部における性能は、長軸における線幅の拡大、長軸均一性の損失及びマスク面による総合的効率性の損失を含む幾つかの様式で劣化する。これは、本発明の実施形態の特徴に従った伸長された細いビームＥＬＡシステムにおいて、長軸均一性、線端部におけるドーズ並びに規格から外れた安定性及びスループットを備えさせる。
このラインボウは、幾何学的長さとビームの長軸及び短軸の間のスキューレイ相互作用、即ち、マスク面において短軸フォーカシング及び長軸性生成の相互作用とを含む、少なくとも２つの因子により生成される。発明者は、例えば、短軸視野光学系の出力に位置付けられた弱い（低パワーの）交差シリンドリカルレンズの対を用いて、長軸の中心からの距離に従って差動回折する合成“ポテトチップ”レンズを用いることによりラインボウ効果の不所望な影響を低減することを提案している。他のラインボウに対する原因の因子は、短軸アレイのセル内の傾斜及び短軸の短縮における傾斜であると考えられ、それらは、短軸の焦点におけるけられ（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）による悪影響において補正可能である又は少なくとも低減可能であると考えられる。
不均一性は又、ビームコヒーレンスのための相互作用により生成されるスペックルの結果である可能性があり、そのようなスペックル及びコヒーレンスの問題点を被らない非常に発散性のレーザに対してはそのような問題ではないことが可能である。そのような干渉の影響の低減は、合成“ポテトチップ”レンズのような分散性遅延装置により達成されることが可能である。分散性遅延装置については、文献Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ（１９９７）ｂｙＰ．Ｄａｉｎｅｓｉに記載されているように既知であり、その開示された内容を援用することにより、本発明の説明の一部を代替する。
本発明者は、約７５５のデューティサイクルにおいて実行される能力を有する、パルスの拡張を有するが４００乃至１０００ｍＪ／ｃｍ２及び＞６００ｍＪ／ｃｍ２のパルスの拡張を有しないエネルギー密度及び、例えば、１８ｍｍの視野を有する、被加工物における、例えば、３６５ｍｍｘ５乃至２０μｍのビームサイズを有するシステムを提供する。又、検討されたシステムは、例えば、手動モード動作に対して＜０．５％の減衰安定性及び１０％乃至１００％の範囲内の減衰透過率並びに、例えば、２．０μｍのＬ／Ｓパターンにおいて＞±１０μｍのＤＯＦを伴って２０乃至５の間の縮小と、例えば、０．１３の開口数を有することができる。本発明は又、約５００ｍｍ／ｓｅｃ以下の移動速度及び移動の全領域に亘って＜±１．０の精度、並びにｘ＝０．１μｍ、ｙ＝０．０２μｍ及びｚ＝０．５μｍの分解能を有する、１１６０ｍｍ、４００ｍｍ及び１ｍｍのｘ、ｙ及びｚ方向の移動及び手動又は自動（任意の）アライメントと、例えば、１２０ｍｉｌのマスクの厚さを有する、５又は６インチのサイズのマスクを用いることができる。又、１．０°のシータ移動が考慮される。又、少なくとも７７ｍＪ／パルスのエネルギーパルス、少なくとも４ＫＨｚの繰り返しレート、３００Ｗのパワー、約３５１ｎｍの出力波長が考慮され、約３５１ｎｍにおけるＸｅＦについてのダブルピーク及び約３５１ｎｍにおけるＸｅＦについての二次ピークの使用、及び、例えば、約４０ｘ１０６パルス又はそれ以上のガス寿命及び１００ｎｓｅｃ又は≧２００ｎｓｅｃ（ＦＷＨＭ）離れた２つのパルスについて、２９±５ｓｅｃ、例えば、３０ｎｓｅｃのパルス幅を利用する。
直線偏光がビームのサンプリングを容易にするように実行される。第１ホモジナイザに入射するビームの幅は、例えば、１５０ｍＪにおける１５％の均一性の目標に適合するように±２％のビーム安定性と短軸におけるスポイリングからもたらされる空間的コヒーレンスと、例えば、被加工物における１０μｍのビームについての短軸において制限された近回折ビームを伴って３０ｍｍｘ３０ｍｍであるように考慮されたものである。
７２．３０％のビーム供給ユニットの透過率と、６５．３６％のパルス伸長器のパルス透過率は、０．０１ｍｍのスキャン長さと、７３０ｍｍのスキャン幅と、スキャンの長さの方向におけるスキャン線幅の７５乃至８０％の重畳と共に検討されたものである。それらは、例えば、１５４ｍＪの最小エネルギー及び６１８Ｗのパワーを有するレーザにより達成される。＞１００μｍ（±５０μｍ）の焦点深度と、＜２０μｍ（±１０μｍ）の像面湾曲と、長軸における＜１０％（±５μｍ）のビーム均一度と、＜１０μｍ（１０％乃至９０％）のビーム急峻性とが検討された。動作中、本発明者は、伸長された細いビームを用いて適切なＳＬＳ性能に関連する２つの臨界特徴をアドレス指定し、水平方向のビーム発散性は、例えば、１／ｅ２において０．１５ｍｒａｄを目標とする低パワーの直交シリンドリカルレンズを用いてアドレス指定し、基板において１０乃至２０μｍの必要なスポットサイズ、及び＜１０μｍの水平方向の傾斜を維持するようにポインティングされた水平方向のビームを又、容易に達成し、それは、例えば、ＢＤＵにおいて、アクティブビームの急峻化を速く動作させることにより達成されることが理解される。
図１０Ａは、マスク面に対して本発明の実施形態の特徴に従って供給されるビームの短軸における強度プロファイルの実施例を示していて、約１３０μｍのＦＷＥＭのビーム線幅及び１０％乃至９０％の範囲内の０．０２μｍの側壁勾配を示している。図１Ｂは、マスクを出射する１０％乃至９０％の範囲内の０．０１μｍの勾配と約１００μｍのＦＷＨＭを有するビームを形成するように視野絞りスリットによりトリミング／チョッピングされたビームを示している。図１１は、例えば、９０％において＜２０μｍ、＜７μｍのΔＩ／Δｘの勾配及び＜５％のΔＩを有する被加工物の短軸における結像化パルスビーム幅を示している。
図１２Ａは、ボウタイ横方向ビーム幅発散性を有するビームの実施例を示し、図１２Ｂは、本発明の実施形態の特徴に従って除去された発散性を有するビームを示している。
図１３は、ボウタイ発散性補正光学要素を有する本発明の特徴に従った光学系を示している。
ＸｅＦは、約３５１ｎｍの中心波長は所定の波長に対するシリコンの反射率が非常に小さいまま、それ故、その波長に対する吸収率が非常に高いまま維持される領域内にあるため、本発明の特徴に従った適切なレーザシステムであり、この波長より非常に大きい波長においては、吸収率は、達成されるには非常に困難である被加工物に対するエネルギー供給を必要とするレベルまで急激に低下する。更に、３５１ｎｍは、光学的構成要素の損傷の考慮が幾分快適で安価に適合されるＤＵＶの範囲内にあることが可能であり、特に、そのような高パルス繰り返しレートにおいて、例えば、ＫｒＦについての２４８ｎｍのより小さい名目上の波長に低減させることは、光学的損傷を回避する考慮を適合させるには非常に困難且つ高価にするものである。
本発明者は又、レーザと被加工物との間の光学トレインにおける長軸光学系の前に短軸光学系を置くことが好ましいことを認識した。
本発明の特徴に従って、短軸における線幅は、式ＬＷｖｅｒｔ＝ｐｖｆｓ［（ｆ１＋ｆ２］−αのようになり、ここで、ｐｖは、例えば、ホモジナイザにおいて各々のチャネルを構成する個々のシリンドリカルレンズの短軸における幅であり、αは光経路に沿ったそのようなシリンドリカルレンズの第１バンクと第２バンクとの間の距離であり、ｆｓは短軸ホモジナイザのフォーカシング光学系に関連している。被加工物におけるＬＷ ＬＷｗｐはＬＷｖｅｒｔで乗算される縮小率（“ＲＥＤ”）に等しい。ＬＷＩＦＦ＋２４４λ（ｆ／スリット開口）＝２４４λ（Ｆｓｈｏｒｔ／ｐｖ）である。更に、マスクのＬＷＤＩＦＦは、ＲＥＤ（ＬＷＤＩＦＦ）に略等しい。線幅発散性ＬＷＤＩＶは、システムｆｓ１とレーザビームの短軸発散性θｓとの積に略等しい。各々のチャネル＝（ｆ１／ｆ２）＊ｆｓｈｏｒｔ ａｘｉｓ＊ＲＥＤ、例えば、５０／４５＊１００ｍｍ＊１／５Ｘに等しく、それ故、ＬＷＤＩＦＦ＝２０ｍｍｘ０．０００１、即ち、約２μｍに等しい。縦に一列に並んでいるレンズｆ１及びｆ２は伸縮され、コリメートされる。一部の制御定数関数、例えば、Ｊ＝ＲＥＤ ＬＷｖ＋ＬＷＤＩＦＦ＝ＬＷＤＩＶに対して、Ｊは、例えば、一部のシステムの制約、ｐｖ及びｆｓに対して最小化された対象物である。発散性θｓ１はレーザのθｓｈｏｒｔ ａｘｉｓ＊（レーザのＷＬ／Ｗｓ）に等しい。これは、レーザ発散性又はコヒーレンスの一方又は両方が問題点をもたらすまで、適用される。α＜ｆ１＋ｆ２を用いない場合、クロストークが、例えば、被加工物の画像におけるストライプをもたらす隣接するチャネルにおいて生じる。更に、ｆ１及びｆ２は、視野絞りにおける、それ故、被加工物における均一性及び側壁勾配を制御するように調節されることができる。側壁の垂直状態におけるエッジのぼやけは幾何学的異常及びレーザ発散性の両方の関数である。
本発明の特徴に従って、当該技術分野の数百μｍの線幅に比較して、被加工物に対して非常に狭い伸長されたビームについて詳述した。又、本発明の実施形態の特徴に従って、長軸アレイをネスティングすることを提案した。
本発明の特徴に従って、約３５１ｎｍの中心波長においてレーザ出力光パルスビームを発生させ且つ約４０００Ｈｚにおいて又はそれ以上において動作するパルス化ＸｅＦレーザと；長軸の被加工物のカバリングの拡張をビームの長軸において形成するようにレーザ出力光パルスビームを拡張し、レーザ出力光パルスビームの短軸において２０μｍ以下にレーザ出力光パルスビームを縮小する光学系と；を有する高エネルギー、高繰り返し数被加工物表面加熱機構であって、レーザとその被加工物との中間の視野絞りを有し；その被加工物は加熱される層を有する高エネルギー、高繰り返し数被加工物表面加熱機構であり、その光学系は、当該技術分野におけるようなＦＷＨＭに対して又はそれ以上とは対照的に、大き過ぎる強度レベルにおいてビームプロファイルをブロッキングすることなく、例えば、約５乃至１０％の強度レベルにおいてビームプロファイルをトリミング又はチョッピングすることなく、視野絞りが被加工物において十分に急峻なビームプロファイルを維持されることを可能にするために十分急峻な側壁を有する強度プロファイルを維持するために十分である大きさを有する視野絞りにおいてレーザ出力光パルスビームをフォーカシングする；高エネルギー、高繰り返し数の被加工物表面加熱機構を提供する。
そのシステムは又、光学系におけるテレセントリックコンバージョンレンズと、例えば、上記のボウタイ補正機構のような長軸円錐形発散性ホモジナイザとを有し、短軸においても同様であることが可能である。
本発明の実施形態の特徴に従った光学系の特徴を示す光学的レイアウトを示 す図である。 図１の光学系の他のビューを示す図である。 短軸においてビームを拡大し及び長軸においてビームを拡張するための有効 なレンズ構成を示す図である。 長軸ビームホモジナイザにおいて実行されるビーム均一化の効果を示すレン ズアセンブリの実施例を示す図である。 ビーム強度プロファイルを示す図である。 例示としてのパルス化レーザ出力光ビーム発生システムの模式図である。 本発明の実施形態の特徴に従ったシステムの一部を示す模式図である。 本発明の実施形態の特徴を示す模式図である。 本発明の実施形態の特徴を示す模式図である。 ビーム強度プロファイルを示す図である。 ビーム強度プロファイルを示す図である。 ビーム強度プロファイルを示す図である。 ビーム強度プロファイルを示す図である。 ビーム強度プロファイルを示す図である。 本発明の実施形態の特徴に従った光学的構成を示す模式図である。

Claims (8)

  1. 被加工物の薄膜における配向又は結晶成長の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置であって：
    パルス間ドーズ制御を用いて高パワー及び高繰り返しレートにおいてレーザ出力光パルスビームを発生させるＸｅＦレーザシステムを構成するＭＯＰＡ又はＰＯＰＡ；及び
    前記レーザ出力光パルスビームから伸長された細いパルス化作用ビームを生成させる光学系；
    を有することを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  2. 請求項１に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって、前記レーザシステムはＰＯＰＡレーザシステムとして構成され、前記レーザシステムは：
    第１レーザＰＯユニットから第２レーザＰＡユニットに第１レーザ出力光パルスビームを方向付けるように動作されるリレー光学系；及び
    前記第１レーザ出力光パルスビームの拡大として第２レーザ出力光パルスビームを発生するように、前記第１及び第２レーザユニットにおけるガス放電の発生のタイミングを合わせるタイミング及び制御モジュール；
    を更に有する、ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  3. 請求項１に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって：
    前記第１レーザユニットにおいて発散性御部；
    を更に有する、ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  4. 請求項１に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって：
    発散制御部は不安定共振器構成を有する；
    ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  5. 請求項１に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって：
    前記レーザと前記被加工物の中間にあるビームポインティング制御機構；
    を更に有する、ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  6. 請求項１に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって：
    前記レーザと前記被加工物の中間にあるビーム位置制御機構；
    を更に有する、ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  7. 請求項５に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって：
    前記ビームポインティング機構に対してアクティブフィードバック制御を与えるビームパラメータ計測法；
    を更に有する、ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。
  8. 請求項６に記載のガス放電レーザ結晶化装置であって：
    前記ビーム位置制御機構に対してアクティブフィードバック制御を与えるビームパラメータ計測法；
    を更に有する、ことを特徴とするガス放電レーザ結晶化装置。


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