JP4274251B2 - レーザ描画方法及びレーザ描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザアニール、その他のレーザ描画に適用して好適なレーザ描画方法及びレーザ描画装置に関する。

従来、例えば液晶ディスプレイパネル、その他の平面型表示装置では、スイッチング素子に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられている。液晶ディスプレイパネルでは、ガラス基板上に形成したシリコン薄膜に対して、薄膜トランジスタを形成するアクティブマトリクス方式が実用化されている。そして、薄膜トランジスタの微細加工においては、基板上に形成した非晶質シリコン薄膜を結晶化させるために、レーザ光を用いたレーザアニール法が用いられている。レーザアニール法を用いると、５００℃程度の低温環境で良好なシリコン薄膜を作成することが可能である。

レーザアニール法では、音響光学回折素子（ＡＯＤ：Acousto Optical Deflector、以下、ＡＯＤとする。）を用いた回折光学系から出射されるレーザ光を用いている。ＡＯＤを用いた回折光学系では、ＡＯＤに入力する高周波信号（以下、ＲＦ（Radio Frequency）信号とする。）によって、ＡＯＤ内部に超音波を発生させて、この超音波の波面によってレーザ光を回折させている。

一般に、ＡＯＤに入力するＲＦ信号の振幅を一定にしたままＲＦ信号の周波数を変えると、ＲＦ信号の周波数変化に合わせて回折角度が変わる。また、変化した回折角度に依存して回折光強度も変動する。ここで、従来のレーザ光の回折光強度の例について、図７を参照して説明する。図７は、時間の経過に伴い、ＲＦ信号の周波数が周期的に変化し、ＲＦ信号の振幅を一定とした場合における、ＡＯＤが出射する回折光の回折光強度の変化を示している。

図７では、ＲＦ信号周波数は、鋸波状に周期的に変化している。一方、ＲＦ信号振幅は、時間によらず一定である。このようなＲＦ信号がＡＯＤに入射すると、出射する回折光の回折光強度は波立っている。ここで、回折光強度は、時間ｔ_１のとき、下限値p_１をとる。そして、時間ｔ_０のとき、上限値p_０をとる。同様に、時間ｔ_２のとき、上限値p_２をとる。ただし、p_０≒p_２である。図７より、時間の経過とともに、ＲＦ信号の周波数が、ｆ_０，ｆ_１，ｆ_２と高くなっても、回折光強度は上昇し続けることなく、下限値と上限値の間を変動することが示される。

また、ＲＦ信号の周波数変化に対する回折角度の変化は、周波数に依存して異なる。このため、ＲＦ信号の周波数を線形に変化させても、回折角度は線形に変化しない。ここで、従来のレーザ光の回折角度の例について、図８を参照して説明する。図８は、時間の経過に伴い、ＲＦ信号の周波数が周期的に変化した場合における、ＡＯＤが出射する回折光の回折角度の変化を示している。

図８でも、ＲＦ信号の周波数は、鋸波状に周期的に変化している。このようなＲＦ信号がＡＯＤに入力すると、ＲＦ信号の周波数が高くなるにつれて、回折角度も大きくなることが分かる。ここで、時間ｔ_１′のとき、ＲＦ信号の周波数はｆ_１′であり、回折角度は下限値θ_１′をとる。そして、時間ｔ_２′のとき、ＲＦ信号の周波数はｆ_２′であり、上限値θ_２′をとる。図８より、時間の経過とともに、ＲＦ信号の周波数が、ｆ_１′，ｆ_２′と線形に高くなるにつれて、回折角度は、下限値と上限値の間を非線形に変動することが示される。

特許文献１には、低酸素濃度の雰囲気中で基板に対してレーザ光を照射するレーザアニール装置について開示されている。
特開２００４−８７９６２号公報

ところで、レーザアニール法を用いて、熱記録による露光や、薄膜トランジスタの形成を行う場合、レーザ光を試料に照射中に回折光の光強度が変動すると露光ムラが生じてしまう。また、ＲＦ信号の周波数を線形にスイープさせても、回折光の回折角度が非線形に変化する。これは次のように説明できる。ＡＯＤ中のＲＦ信号の伝播速度をｖ、ＲＦ信号の周波数をｆとすると、ＡＯＤ中に形成される粗密波の間隔ｄは
ｄ＝ｖ／ｆ
で表される。この粗密波の波面に対してθ_１の角度で入射したレーザ光は、波長をλとして、
ｄ・sinθ_１＋ｄ・sinθ_２＝λ
を満たす角度θ_２の方向に１次回折光として回折される。ここでθ_１＝θ_２となるとき、つまり、２ｄ・sinθ_１＝λとなるとき、回折効率が最大となり、通常はこの近傍の角度で入射されるようにＡＯＤ素子を配置する。上記２式を変形し、θ_２をｆの関数として表すと
θ_２＝Sin^-1（λｆ／ｖ−sinθ_１）
となる。つまり、ＲＦ信号の周波数ｆの変化に対して回折光の回折角度θ_２は非線形に変化する。以上のことから、ＡＯＤが出射する回折光のスキャニング時に、角速度変化となり、試料に露光ムラが生じてしまう。露光ムラは品質低下の要因となるため、回避することが望ましい。

本発明は上述の点に鑑み、音響光学回折素子を用いたレーザアニール等のレーザ描画において、被処理物上での回折光の到達位置を一定に変化させ、回折光強度を回折角度によらず一定に維持できる、レーザ描画方法及びレーザ描画装置を提供するものである。

本発明に係るレーザ描画方法は、レーザ光源からのレーザ光が音響光学回折素子に入射され、この音響回折素子で偏向された回折光が、中間光学レンズ系及び集光レンズを介して集光され、レーザ描画するレーザ描画方法であって、回折光の回折角度ごとに回折光強度を補正するため強度信号補正用テーブルを作成し、強度信号補正用テーブルを参照して音響光学素子に入力する高周波信号の振幅を制御することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ描画方法は、レーザ光源からのレーザ光が音響光学回折素子に入射され、この音響回折素子で偏向された回折光が、中間光学レンズ系及び集光レンズを介して集光され、レーザ描画するレーザ描画方法であって、回折光の回折角度の変更時に回折角度を補正するため回折角度補正用テーブルを作成し、回折角度補正用テーブルを参照して、上記音響光学素子に入力する高周波信号の周波数を制御することを特徴とする。

本発明に係るレーザ描画装置は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を回折光として出射させる音響光学回折素子と、音響光学回折素子で偏向される回折光を被処理物上に集光させる、中間光学レンズ系及び対物レンズと、回折光の回折角度に対する強度を検出する回折光強度検出部と、回折光強度検出部で検出した回折光強度の変化に応じて、回折光強度を補正するための強度信号補正用テーブルとを有し、強度信号補正用テーブルを参照して、音響光学回折素子に入力する高周波信号の振幅を制御するようにして成ることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ描画装置は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を回折光として出射させる音響光学回折素子と、音響光学回折素子で偏向される回折光を被処理物上に集光させる、中間光学レンズ系及び対物レンズと、回折光の回折角度に対する被処理物上の回折光到達位置を検出する位置検出部と、位置検出部で検出した位置の変化に対する回折角度を補正するための回折角度補正用テーブルとを有し、回折角度補正用テーブルを参照して、音響光学回折素子に入力する高周波信号の周波数を制御するようにして成ることを特徴とする。

本発明では、回折光の回折角度ごとに回折光強度を補正するための回折光強度補正用のテーブルを作成し、この回折光強度補正用のテーブルを参照して、音響光学素子に入力する高周波信号の振幅を制御することにより、偏向される回折光強度を一定にすることができる。
また、回折光の回折角度の変更時に回折角度を補正するための回折角度補正用テーブルを作成し、この回折角度補正用テーブルを参照して音響光学素子に入力する高周波信号の周波数を制御することにより、回折角度を線形に変化させることができる。

上述の本発明に係るレーザ描画方法及びレーザ描画装置によれば、レーザアニール等のレーザ描画に際して、回折光の回折角度にかかわらず回折光強度を一定にし、又は／及び回折光の被処理物上での走査速度を一定にして回折光到達位置を一定に変化させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明に係るレーザ描画装置の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るレーザ描画装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源２と、レーザ光源２からのレーザ光を回折光として出射し偏向させるためのＡＯＤ４と、ＡＯＤ４から出射されたレーザ光を試料１５に集光するための中間光学レンズ系とを有する。本実施の形態では、中間光学レンズ系としてアフォーカルリレー光学系を用いる。アフォーカルリレー光学系は、第１のｆθレンズ群６ａ及び第２のｆθレンズ群６ｂと、試料１５に対向する対物レンズ７とを有する。レーザ光源２とＡＯＤ４の間にはレーザ光を平行光とするためのコリメータレンズ３が配置される。レーザ光源２としては、例えば半導体レーザを用いることができる。

そして、ＡＯＤ４と第１のｆθレンズ群６ａとの間の光路上には、第１のビームスプリッタ５ａと第２のビームスプリッタ５ｂが配置される。ＡＯＤ４から出射された回折光の一部は、第１のビームスプリッタ５ａで反射されて、第１の集光レンズ８ａを通してフォトダイオード９に受光される。これにより、回折光強度が検出される。また、ＡＯＤ４から出射された回折光で、各光学レンズ系（第１のｆθレンズ群６ａ，第２のｆθレンズ群６ｂ，対物レンズ７）を透過して被処理物（試料１５）で反射された戻り光は、第２のビームスプリッタ５ｂで反射され、第２の集光レンズ８ｂを通して位置検出器１０で受光される。これにより、回折光のスキャン位置が検出される。

そして、本実施の形態に係るレーザ描画装置１は、ＡＯＤ４にＲＦ信号を入力するためのＲＦ信号出力部１３を有している。後に詳述するように、ＲＦ信号出力部１３は、ＡＯＤ４から出射された回折光の回折角度によらず一定の回折光強度をなし、また回折光の試料１５上でのスキャン位置（到達位置）を一定に変化させるために、振幅及び周波数が制御されたＲＦ信号をＡＯＤ４に供給するドライバーである。そして、ＲＦ信号出力部１３は、回折光強度の変化に応じて回折光強度を補正するための強度信号補正用テーブル１１と、位置の変化に対する回折角度を補正するための回折角度補正用テーブル１２を参照して、出力するＲＦ信号を決定する。

そして、強度信号補正用テーブル１１には、回折光の回折角度に応じて回折光強度を補正した指令値が格納されている。強度信号補正用テーブル１１に格納される値は、後に詳述するように、回折光の強度を検出する回折光強度検出部であるフォトダイオード９を用いて予め作成される。また、回折角度補正用テーブル１２には、試料１５上の回折光スポットのスキャン位置のずれを補正するために、回折角度の変更時の回折角度を補正した指令値が格納されている。回折角度補正用テーブル１２に格納される値は、回折光スポットのスキャン位置を検出する位置検出部である位置検出器（ＰＳＤ）１０を用いて予め作成される。

ここで、第１のｆθレンズ群６ａは、例えば１群２枚のレンズで構成され、第２のｆθレンズ群６ｂは、例えば３群４枚のレンズで構成される。第１のｆθレンズ群６ａ及び第２のｆθレンズ群６ｂは、それぞれ後ろ側焦点位置が一致するように相対向させ、第１のｆθレンズ群６ａの前側焦点をＡＯＤ４の回折位置に一致させ、かつ第２のｆθレンズ群６ｂの前側焦点を対物レンズ７の入射瞳位置に一致させることで、低収差のアフォーカルリレー光学系として機能する。

次に、上述のレーザ描画装置１を用いて、本発明に係るレーザ描画方法の実施の形態を説明する。

図１に示すように、光源２からレーザ光を出射する。レーザ光としては、例えば波長が４０５ｎｍの青色レーザ光を用いる。光源２が出射したレーザ光は、発散光を平行光に揃えるコリメータレンズ３によって、平行光とされる。平行光とされたレーザ光は、入射したレーザ光の１次回折光（以下、回折光とする。）を出射するＡＯＤ４に入射される。ＡＯＤ４が出射した回折光は描画用レーザビーム、例えば露光用ビームとして用いられており、所定の角度範囲内でスキャンされる。そして、ＡＯＤ４に入力するＲＦ信号を変化させることで、ＡＯＤ４が出射する回折光の偏向方向を制御できる。

ＡＯＤ４が出射した回折光は、アフォーカルリレー光学系を構成する第１のｆθレンズ群６ａ及び第２のｆθレンズ群６ｂを通り、対物レンズ７で試料１５上に集光され、照射されると共に、ＲＦ信号出力部１３からのＲＦ信号によるＡＯＤ４での回折光の偏向に基づいて、試料１５上にスキャン（走査）されて、レーザ描画が行われる。本実施の形態では、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度の範囲、つまり回折角度範囲は所定の範囲内に補正している。本実施の形態では、回折角度を３５ｍｒａｄ程度とする。このとき、２００ｍｍの光学距離で光軸は±３．５ｍｍ偏向する。

ディスプレイパネルを試料１５とした場合、試料１５に照射する回折光を絞り込む対物レンズ７の入射瞳径がφ３．８ｍｍであるならば、回折光は対物レンズ７にほとんど入射しなくなってしまう。そこで、第１のｆθレンズ群６ａ及び第２のｆθレンズ群６ｂによる、アフォーカルリレー光学系によって、ＡＯＤ４の回折位置で対物レンズ７の入射瞳に結像されるようにする。そして、アフォーカルリレー光学系によって、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度が大きくなった場合であっても、全ての回折光が対物レンズ７に入射し、試料１５に集束する。本実施の形態のレーザ描画装置１では、予め作成された強度信号補正用テーブル１１と、回折角度補正用テーブル１２を参照して生成されたＲＦ信号によって、回折光の回折光強度と回折角度を制御するようにしている。

レーザ描画装置１では、回折光の回折光強度を補正するために参照する強度信号補正用テーブル１１と、回折光の回折角度を補正するために参照する回折角度補正用テーブル１２とを、図示しない記憶部に記憶している。そして、ＡＯＤ４にＲＦ信号を供給するＲＦ信号出力部１３は、強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２を読み出して、ＲＦ信号を補正する。ＲＦ信号を補正するために参照する補正用テーブル１１，１２と、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折光強度と回折角度の変化については後述する。

次に、強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２の作成について説明する。これら補正用テーブル１１及び１２は、レーザ描画と同じ光学系、つまりレーザ描画装置１を用いて作成される。

まず、強度信号補正用テーブル１１の作成について説明する。ＡＯＤ４が出射する回折光の一部は、光束を分割する第１のビームスプリッタ（ＢＳ：Beam Splitter）５ａで反射されて、第１の集光レンズ８ａに集束される。第１の集光レンズ８ａに集束されたレーザ光は、検出した光を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）９に集光される。これにより、回折光の回折光強度が検出される。このとき、任意の回折角度で取り出した回折光がフォトダイオード９で検出されるように、アライメントを調整している。フォトダイオード９は、回折光の回折光強度を検出する回折光強度検出部として機能している。そして、回折光強度検出部の検出結果に基づいて、強度信号補正用テーブル１１が作成される。

次に、回折角度補正用テーブル１２の作成例について説明する。対物レンズ７を透過した回折光は、試料１５の表面上に集束される。回折光は試料１５で反射された戻り光は、対物レンズ７，第２のｆθレンズ群６ｂ，第１のｆθレンズ群６ａの順に透過し、第１のｆθレンズ群６ａを透過した戻り光の一部が、光束を分割する第２のビームスプリッタ５ｂで反射されて、第２の集光レンズ８ｂに集束する。第２の集光レンズ８ｂで集束された戻り光は、試料１５上における回折光の集光スポットを検出する位置検出器１０に受光される。位置検出器１０では、検出した回折光の受光スポットより、回折光の回折角度と試料１５のスキャン位置との関係が得られる。このとき、任意の回折角度で取り出した回折光が位置検出器１０で検出されるようにアライメントを調整している。位置検出器１０は、回折光の回折角度を検出する回折角度検出部として機能している。そして、回折角度検出部の検出結果に基づいて、回折角度補正用テーブル１２が作成される。

ここで、ＡＯＤ４にＲＦ信号を出力するＲＦ信号出力部１３は、２種類の補正用テーブルを用いてＲＦ信号の振幅と周波数を補正している。補正したＲＦ信号によって、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折光強度と回折角度が制御される。

次に、本実施の形態のレーザ描画装置１で用いる強度信号補正用テーブル１１の例について、図２を参照して詳述する。

ＡＯＤ４が出射した回折光が全て対物レンズ７に入射しても、回折角度に依存して回折効率（回折光の強度／ＡＯＤ４への入射光の強度）は変動するため、スキャン領域内で露光ムラが発生してしまう。そして、前述したように、ＡＯＤ４に供給されるＲＦ信号の周波数が高まるにしたがって、回折光の回折光強度が変化する（図７参照）。

本実施の形態のレーザ描画装置１では、ＡＯＤ４の最大回折角度で、露光する回折光強度が激減することなく、ＡＯＤ４の回折光強度が一定の大きさとなるように、ＡＯＤ４に入力するＲＦ信号の振幅を制御している。

強度信号補正用テーブル１１には、ＡＯＤ４の回折角度を変えるために、補正値として第１の回折角度指令値が予め記録されている。第１の回折角度指令値に基づいて、ＡＯＤ４の回折角度が決定される。

ＲＦ信号出力部１３は、第１の回折角度指令値で生成されるＲＦ信号をＡＯＤ４に供給することで、ＡＯＤ４が回折可能な回折角度の範囲（例えば、３５ｍｒａｄ）を決定する。本実施の形態では、第１の回折角度指令値に基づいて生成されるＲＦ信号の周波数範囲を８等分した、９つの区切り点Ｆ_１〜Ｆ_９を定めている。第１の回折角度指令値を強度信号補正用テーブル１１に記録する際は、ＲＦ信号の振幅を設定可能な最大値にした状態で、回折光強度を計測し、計測した回折光強度を記録する。そして、記録した回折光強度が最小値となる回折角度を基準にとる。そして、その他の回折角度における回折光強度が、基準の最小値となる回折光強度と同一になるように、ＲＦ信号の振幅を小さくする第１の回折角度指令値が決定される。

区切り点Ｆ_１〜Ｆ_９を外れた回折角度におけるＲＦ信号の振幅は、スプライン曲線で補完される。そして、強度信号補正用テーブル１１には、回折光の回折角度毎に、回折効率の逆数に比例した値が格納される。この値を、第１の回折角度指令値と称しており、第１の回折角度指令値に対してＲＦ信号の補正された振幅が決定される。ＲＦ信号出力部１３は、強度信号補正用テーブル１１を参照して第１の回折角度指令値を読み出し、出力するＲＦ信号の振幅を補正し、ＡＯＤ４の回折光を制御できるようになる。こうして、実際には測定していない回折角度にレーザ光を回折させる場合であっても、回折光の回折光強度をほぼ一定とすることができる。

ここで、振幅を補正したＲＦ信号と、ＡＯＤ４が出射する回折光強度の関係について、図３を参照して説明する。

ＲＦ信号出力部１３は、強度信号補正用テーブル１１から第１の角度指令値を読み出す。そして、回折角度の変化に応じて、区切り点となる９点の周波数Ｆ_１〜Ｆ_９に対するＲＦ信号の振幅を補正し、角度指令信号として出力する。ＲＦ信号出力部１３が出力するＲＦ信号の周波数は、時間Ｔ_１〜Ｔ_９にかけて、下限値Ｆ_１〜上限値Ｆ_９の間を変化する。このとき、ＲＦ信号振幅は、下限値Ａ_１〜上限値Ａ_２の間を変化している。こうして、ＲＦ信号の周波数に応じてＲＦ信号の振幅が補正されることで、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折光強度が一定値Ｐに補正される。

次に、本実施の形態のレーザ描画装置１で用いる回折角度補正用テーブル１２の例について、図４を参照して詳述する。

ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度が変わると、位置検出器１０上の集光スポットの位置も変わるため、位置情報として検出することができる。この位置検出器１０による位置情報は、回折角と試料１５上でのスキャン位置に比例する。

ところで、ＲＦ信号の周波数を一定速度で増加させてスイープすると、回折角度も変化するが、一般に回折角度の変化は線形ではない（図８参照）。このため、スキャン領域内で露光ムラが発生してしまう可能性がある。本実施の形態のレーザ描画装置１では、回折角度の変化を線形とするため、ＲＦ信号の周波数を制御している。

回折角度補正用テーブル１２には、ＡＯＤ４の回折角度を変えるために、補正値として第２の回折角度指令値が予め記録されている。第２の回折角度指令値に基づいて、ＡＯＤ４の回折角度が決定される。

ＲＦ信号出力部１３は、第２の回折角度指令値で生成されるＲＦ信号をＡＯＤ４に供給することで、ＡＯＤ４が回折可能な回折角度の範囲を決定する。本実施の形態では、第２の回折角度指令値に基づく回折角度の範囲を８等分した区切り点θ_１〜θ_９を定めている。第２の回折角度指令値を回折角度補正用テーブル１２に記録する際は、位置検出器１０で回折角度（区切り点θ_１〜θ_９）を確認しながら、ＡＯＤ４に入力するＲＦ信号の周波数を順次決定し、記録する。

区切り点θ_１〜θ_９を外れた回折角度に回折させるときのＲＦ信号の周波数は、スプライン曲線で補完される。回折角度補正用テーブル１２には、回折光の回折角度毎に、非線形に変化する値が格納されている。この値を、第２の回折角度指令値と称しており、第２の回折角度指令値に対してＲＦ信号の補正された周波数が決定される。ＲＦ信号出力部１３は、回折角度の変化に応じて、回折角度補正用テーブル１２を参照しながら第２の回折角度指令値を読み出し、出力するＲＦ信号の周波数を補正し、ＡＯＤ４の回折光を制御する。こうして、実際には測定していない回折角度にレーザ光を回折させる場合であっても、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度の変化が線形に補正される。

ここで、周波数を補正したＲＦ信号と、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度の関係について、図５を参照して説明する。

ＲＦ信号出力部１３は、強度信号補正用テーブル１２から第２の角度指令値を読み出す。そして、回折角度の変化に応じて、区切り点となる９点の回折角度（区切り点θ_１〜θ_９）に対するＲＦ信号の周波数の変化を非線形に補正し、角度指令信号として出力する。ＲＦ信号出力部１３が出力するＲＦ信号の周波数は、時間Ｔ_１〜Ｔ_９にかけて、下限値Ｆ_１′〜上限値Ｆ_９′の間を変化する。このとき、回折光の回折角度は、下限値θ_１〜上限値θ_９の間を変化している。こうして、ＲＦ信号の周波数に応じて回折角度が補正されることで、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度が線形に変化するようになる。

このように、回折光を位置検出器１０に照射して回折角度を検出することで、所望の回折角度に対応してＡＯＤ４に入力するべきＲＦ信号周波数を求める。求めたＲＦ信号周波数の値を、所望の回折角度ごとに回折角度補正用テーブル１２として記録する。回折角度の指令に対して、回折角度補正用テーブル１２を参照しながらＲＦ信号の周波数を決定し、ＲＦ信号をＡＯＤ４に入力することで、所望の回折角度で正確に回折される。または、一定時間ごとに、回折角度補正用テーブル１２上の角度指令信号を、回折角度の小さい方、あるいは大きい方から順番に出力することで、補正した回折角度をより線形に近づけることが可能となる。

一般に、ＡＯＤ４に入力するＲＦ信号は、超音波変換のため、フォトダイオード９で検出する回折光強度をフィードバックしてＲＦ信号を補正するには応答速度が遅い。このため、本実施の形態のように、強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２を、予め作成しておく。回折光強度をフィードバックすることなく、ＲＦ信号の振幅補正と回折角度補正を適切に行える。この結果、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折光強度を一定に維持し、回折角度を線形に変化させることが可能となる。

ここで、ＲＦ信号を補正する強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２を実際に測定した測定例について、図６を参照して説明する。ＲＦ信号出力部１３が出力するＲＦ信号の周期は、１００μ秒としている。

強度信号補正用テーブル１１は、波形２１によって表されている。波形２１は、光学調整のズレのため、やや非対称となっている。強度信号補正用テーブル１１は、波形２１を８分割した９分点の周波数毎に、振幅が補正されたＲＦ信号を格納している。補正されたＲＦ信号によってＡＯＤ４が出射する回折光の強度は、波形２２によって表されている。波形２１より、回折光の強度は、ほぼ一定の値を維持することが分かる。

回折角度補正用テーブル１２は、波形２３によって表されている。波形２３は、ほぼ線形の緩やかな曲線を描いている。本実施の形態の回折角度補正用テーブル１２も、波形２３を８分割した９分点の回折角度毎に、ＲＦ信号の周波数を補正している。補正されたＲＦ信号によってＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度は、波形２４によって表されている。波形２４より、回折光の回折角度は、極性が反転された線形（ほぼ直線）として変化することが分かる。

上述した本実施の形態によれば、ＲＦ信号出力部１３は、強度信号補正用テーブル１１を参照して、ＲＦ信号の振幅を補正する。そして、振幅を補正したＲＦ信号によって、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折光強度を一定にする。同時に、ＲＦ信号出力部１３は、回折角度補正用テーブル１２を参照してＲＦ信号の周波数を補正する。そして、周波数を補正したＲＦ信号によって、ＡＯＤ４が出射する回折光の回折角度を線形に変化させる。このようにすることで、回折光強度をスキャン角度によらず一定に維持できる。また、回折角度を線形に変化させるため、スキャン角速度、つまり試料１５上でのスキャン位置を一定に変えられる。このため、レーザ光を意図した位置に正確に照射することができるとともに、例えばアニール処理時において、微細加工した試料に露光ムラを生じさせることがない。

また、光学系に依存して回折角度やカップリング効率が変動した場合には、強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２を修正すればよい。強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２の修正は容易に行えるため、回折角度やカップリング効率の変動を補正することが簡単に行える。

また、従来のレーザ描画装置では、照射したレーザ光をそのまま対物レンズに入射すると、レンズ系の光軸がずれてしまい、大きな回折角度が得られるＡＯＤを用いた場合に、露光する回折光強度が減少してしまう。一方、本実施の形態のレーザ描画装置１では、アフォーカルリレー光学系を採用したため、ＡＯＤ４の回折角度によらず、対物レンズ７へ入射する回折光の光軸を、対物レンズ７の入射瞳中心と一致させることができる。また、ＡＯＤ４の偏向制御によって生ずる回折光強度の変動を、ＡＯＤ４へ入力するＲＦ信号の変調量で抑制できる範囲内に留めることができる。

また、本実施の形態によれば、強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２を組み合わせて、回折光強度と回折角度を制御するようにしたが、強度信号補正用テーブル１１だけを用いて回折光強度を制御するようにしてもよい。同様に、回折角度補正用テーブル１２だけを用いて回折角度を制御するようにしてもよい。

なお、レーザ描画装置１では、強度信号補正用テーブル１１と回折角度補正用テーブル１２を９分点用意して、回折光強度と回折角度を補正するようにしたが、ＲＦ信号の１周期に対する分点数は９分点（８分割）に限らない。例えば、分点数を減らした５分点（４分割）の補正であってもよいし、分点数を増やした４１分点（４０分割）の補正であってもよい。

また、レーザ描画装置１の光学系を構成するレンズ群は、ｆθレンズ群としたが、ＡＯＤ４と、試料１５の前段に位置する最終集光レンズ（本実施の形態では、対物レンズ７）の入射瞳面とがアフォーカルリレー光学系と同様のものであるならば、ｆθレンズ群以外のレンズ群を用いてもよい。

また、レーザ描画装置１は、液晶ディスプレイパネルの薄膜トランジスタを製造するレーザアニール法に用いた例として説明したが、特定の光線を偏光させるために、ガラス面上に並行な細い溝を等間隔に刻んで、この溝に細い導線を配列した構成のワイヤグリッド偏光子を作成するようにしてもよい。あるいは、その他の微細加工にレーザ描画装置１を用いてもよい。

本発明の一実施の形態例におけるレーザ描画装置の例を示した構成図である。 本発明の一実施の形態例における強度信号補正用テーブルの例を示した説明図である。 本発明の一実施の形態例における補正されたＲＦ信号振幅と回折光強度の例を示した説明図である。 本発明の一実施の形態例における回折角度補正用テーブルの例を示した説明図である。 本発明の一実施の形態例における補正されたＲＦ信号周波数と回折角度の例を示した説明図である。 本発明の一実施の形態例における振幅の表示例を示した説明図である。 従来のレーザ光の回折光強度の例を示した説明図である。 従来のレーザ光の回折角度の例を示した説明図である。

符号の説明

１…レーザ描画装置、２…光源、３…コリメータレンズ、４…ＡＯＤ、５ａ…第１のビームスプリッタ、５ｂ…第２のビームスプリッタ、６ａ…第１のｆθレンズ群、６ｂ…第２のｆθレンズ群、７…対物レンズ、８ａ…第１の集光レンズ、８ｂ…第２の集光レンズ、９…フォトダイオード、１０…位置検出器、１１…強度信号補正用テーブル、１２…回折角度補正用テーブル、１３…ＲＦ信号出力部

Claims (13)

1. レーザ光源からのレーザ光を音響光学回折素子に入射し、
   該音響回折素子で偏向された回折光を中間光学レンズ系及び集光レンズを介して集光し、レーザ描画するレーザ描画方法であって、
   前記回折光の回折角度ごとに回折光強度を補正するため強度信号補正用テーブルを作成し、
   前記強度信号補正用テーブルを参照して、前記音響光学素子に入力する高周波信号の振幅を制御する
   ことを特徴とするレーザ描画方法。
2. 前記高周波信号の周波数に応じて高周波信号の振幅を補正して、前記偏向される回折光強度を一定にする
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ描画方法。
3. 前記強度信号補正用テーブルの補正値は、各回折角度に応じた回折効率の逆数に比例している
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ描画方法。
4. 前記強度信号補正用テーブルは、前記回折光の一部を受光する回折光強度検出部を用いて作成する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ描画方法。
5. レーザ光源からのレーザ光を音響光学回折素子に入射し、
   該音響回折素子で偏向された回折光を中間光学レンズ系及び集光レンズを介して集光し、レーザ描画するレーザ描画方法であって、
   前記回折光の回折角度の変更時に回折角度を補正するため回折角度補正用テーブルを作成し、
   前記回折角度補正用テーブルを参照して、前記音響光学素子に入力する高周波信号の周波数を制御する
   ことを特徴とするレーザ描画方法。
6. 前記回折角度に応じて前記高周波信号の周波数を補正して、前記回折光の被処理物上の到達位置を補正する
   ことを特徴とする請求項５記載のレーザ描画方法。
7. 一定時間ごとに、前記回折角度補正用テーブル上の角度指令信号を、回折角度の小さい方、あるいは大きい方から順番に出力する
   ことを特徴とする請求項５記載のレーザ描画方法。
8. 前記回折角度補正用テーブルは、被処理物から反射した前記回折光を受光する位置検出部を用いて作成する
   ことを特徴とする請求項５記載のレーザ描画方法。
9. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を回折光として出射させる音響光学回折素子と、
   前記音響光学回折素子で偏向される前記回折光を被処理物上に集光させる、中間光学レンズ系及び対物レンズと、
   前記回折光の回折角度に対する強度を検出する回折光強度検出部と、
   前記回折光強度検出部で検出した回折光強度の変化に応じて、前記回折光強度を補正するための強度信号補正用テーブルとを有し、
   前記強度信号補正用テーブルを参照して、前記音響光学回折素子に入力する高周波信号の振幅を制御するようにして成る
   ことを特徴とするレーザ描画装置。
10. 前記周波数信号の周波数に応じて高周波信号の振幅を補正して、前記偏向される回折光強度を一定にする
    ことを特徴とする請求項９記載のレーザ描画装置。
11. レーザ光源と、
    前記レーザ光源からのレーザ光を回折光として出射させる音響光学回折素子と、
    前記音響光学回折素子で偏向される前記回折光を被処理物上に集光させる、中間光学レンズ系及び対物レンズと、
    前記回折光の回折角度に対する前記被処理物上の回折光到達位置を検出する位置検出部と、
    前記位置検出部で検出した位置の変化に対する回折角度を補正するための回折角度補正用テーブルとを有し、
    前記回折角度補正用テーブルを参照して、前記音響光学回折素子に入力する高周波信号の周波数を制御するようにして成る
    ことを特徴とするレーザ描画装置。
12. 前記回折角度に応じて前記高周波信号の周波数を補正して、前記回折光の前記被処理物上の到達位置を補正するようにして成る
    ことを特徴とする請求項１１記載のレーザ描画装置。
13. 前記中間光学レンズ系は、アフォーカルリレー光学系である
    ことを特徴とする請求項９又は１１記載のレーザ描画装置。

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