JPH1085969A - レーザービームのエネルギー及び／又はエネルギー密度の監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザービーム（１０）を窓（１４）を過し
て室の中に向けられて基板（１６）を照射するレーザー
装置において、ビーム分離用の特別のハーフミラー等の
装置を用いることなく、レーザーのエネルギー及びエネ
ルギー密度を監視する。 【解決手段】 レーザービームの軸線（Ａ）に対して窓
（１４）を斜めに配向することにより、ビーム部分（４
０）はレーザービームから分離されて検出器（１８）に
向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームが
室の窓を透過して基板に向けられ、レーザービームから
ビームの一部分が分離されてエネルギー検出器に供給さ
れるレーザービームのエネルギー及び／又はエネルギー
密度の監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマーレーザーは多数の工業的製造
過程で使用される。このような過程では基板の化学的及
び／又は物理的変化を実現するために、ビームの成形の
後に光学装置により基板に向けられる。この場合、一連
の処理を受けるとき基板は室の中に配置され、レーザー
ビームは外部から窓を透過して室のなかに入射されて基
板へ向けられる。例えば室の中は真空であることもあ
る。例えばガラス基板に装着されているアモルファスシ
リコン層をアニーリングするためにエキシマーレーザー
が使用されるとき、このように行われる。これを実現す
るために、エキシマーレーザーから放射されたビームは
光学装置により断面が細い線にされる。１つの基板（又
は同時に複数の基板）の照射は、真空室を外部雰囲気か
ら分離する石英窓を透過して行われる。

【０００３】冒頭に記載の多数のプロセスにおいて、基
板に向けられるビームのエネルギー及び／又はエネルギ
ー密度をプロセスの間にわたり監視することが必要であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、小さ
い装置コストで信頼性の高いエネルギー測定を可能にす
る、室窓を透過して基板に向けられるレーザービームの
エネルギー及び／又はエネルギー密度の監視装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、窓が透過レーザービームの光学軸線に対して斜めに
配向され、すなわち９０゜とは異なる角度を光学軸線に
対して形成し、検出器に向けられるビーム部分が窓で反
射されることにより解決される。

【０００６】本発明が利用する知見は、例えば真空室等
の窓と透過する光は、反射防止コーティングされていな
い窓表面ではいずれにせよ部分的に反射されることにあ
る。波長３０８ｎｍのレーザー光は石英製の窓におい
て、例えばコーティングされていない窓表面では入射ビ
ームの約４％が反射される。従来の技術ではレーザービ
ームは窓平面に対して垂直に窓を透過する。ビームの一
部分がビーム路から分離され、検出器に供給される場
合、これを実現するために従来の技術では特別の手段、
例えば部分透過鏡（ハーフミラー）等が必要である。

【０００７】本発明の基礎となる思想は、検出器に向け
られるビームの一部分の分離が簡単に、窓が透過レーザ
ービームの光学軸線に対して斜めに配向され、従って簡
単にビームの一部分をエネルギー測定のために分離でき
ることにより可能となることにある。この場合、窓とビ
ーム軸線との間の「斜め配向」は両者（窓とビーム軸
線）の間の相対的関係を意味するにすぎない。レーザー
ビームの窓への配向はレーザービーム軸線が窓平面に対
して斜めに位置する、すなわちビーム軸線が窓平面に対
して垂直でなく位置するように定める。

【０００８】レーザービーム軸線と窓平面との間の角度
は好適には１゜〜１５゜である。

【０００９】本発明の別の１つの有利な実施の形態で
は、窓の室に対して外側の表面が反射防止コーティング
され、窓の内側の表面は反射防止コーティングされてい
ない。本発明のこの実施の形態の１つの利点は、窓の外
面の反射防止コーティングに起因して僅かなビーム損失
しか発生せず、これに対して窓の内面では、検出器に向
かうビームの一部分が分離されることにある。多くの用
途において窓の内面はしばしば清浄化されなければなら
ない。窓の内面に反射防止コーティングをすると清浄化
の妨げとなる。

【００１０】本発明の別の１つの有利な実施の形態で
は、検出器は少なくとも近似的に、レーザービームを基
板に写像する光学装置の他の像平面の中に設けられてい
る。

【００１１】一部の用途では、エキシマーレーザーの出
力ビームの横断面が方形の最初のビームが光学装置によ
り鋭い線の形に変換される。これを実現するために従来
の技術ではとりわけアナモルフィック光学装置が使用さ
れる。この場合に窓は、分離されたビーム部分も線形断
面を有するようにビーム路の中に（光学軸線に対して斜
めに）配向される。

【００１２】この場合、本発明の１つの有利な実施の形
態では、検出器のエネルギー密度を測定する有効表面も
細長（線形）であり、従ってビームのエネルギー密度は
線形の長さにわたり測定でき、この測定は例えば、分離
された線形のビーム部分の長手延在に沿って複数の場所
に設けられているシャッタにより行われる。

【００１３】この場合、検出器は有利には、いわゆる検
出器アレイの細長形状を有する。これによりエネルギー
密度の測定はビームの異なる個所で可能となる。全エネ
ルギーは（ビーム横断面全体にわたる）積分によっても
測定可能である。

【００１４】本発明の別の１つの有利な実施の形態で
は、レーザービームにより照射され基板に結像される間
隙が、ビーム横断面の長手軸線が斜めに配向されている
窓の平面の中に位置するように配向される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施の形態に基づき
図を用いて詳細に説明する。

【００１６】図はレーザービームのエネルギー及び／又
はエネルギー密度の監視装置を概略的に示す。

【００１７】エキシマーレーザーのビーム１０は図示の
矢印の方向に進む。エキシマーレーザービームは通常は
方形であり、長い横断面軸線と短い横断面軸線とを有す
る。長い横断面軸線の方向ではビームは台形のエネルギ
ー分布（「フラットトップ」）を有し、短いビーム軸線
の方向では実質的にガウス曲線に従うエネルギー分布を
有する。図は短い軸線の方向でのビーム路の断面を示
す。ビームエキスパンダー、均一化光学装置及びその他
の写像光学装置は図には示されていない。これらの装置
は選択的に従来の技術に従って使用できる。

【００１８】図は、本発明に関連して重要な構成要素の
みを示す。レーザービーム１０は円柱レンズ１２の形の
光学装置を介して、加工する基板１６に集束される。円
柱レンズ１２の長手軸線は図面平面に垂直に位置する。

【００１９】基板１６（例えばアニーリングするアモル
ファスシリコン層）は真空室の中に配置されている。図
には真空室の壁が破線２２により示されており、真空室
の内部は参照番号２４により示されている。

【００２０】窓１４の真空室の内部空間２４に対して外
側の表面１４ａは反射防止層が設けられている。これに
対して窓１４の内面１４ｂは反射防止コーティングをさ
れていない。従って窓１４を透過する際にビームの一部
（例えば数パーセント、例えば２〜４％）はビーム部分
２０として分離され、このビーム部分２０はエネルギー
検出器１８に向けられる。

【００２１】図にはレーザービームの軸線Ａに対する窓
１４の相対的な斜め位置が誇張されて示されている。窓
の斜め位置はビーム軸線に対して垂直位置（９０゜）か
ら角度αだけ偏向しており、角度αは検出器１８の位置
決めに依存して数度、例えば２〜１０゜の大きさであ
る。更に図示のように検出器１８はこの実施の形態で
は、基板１６の写像光学装置１２の他の像平面１６ａの
場所に取付けられている。従って基板１６と検出器１８
とは窓１４の内面１４ｂから同一の間隔を有する。

【００２２】真空室の空間２４の中での材料加工に起因
してとりわけ窓１４の内側が汚れることがあり、これに
より、レーザービームの基板１６に当たるエネルギーが
変化することがある。この変化は、真空室の外部に設け
られている装置によってでは殆ど測定できない。これに
対して本発明の装置により窓１４自身の特性も監視で
き、とりわけ、反射されるビーム部分２０に影響する窓
の内面１４ｂの汚れを監視できる。ビームは基板１６に
当たる直前に監視され、従ってビーム監視の際のシステ
ム的な誤り源はほぼ除去される。

【００２３】図には間隙２８が概略的に示され、間隙２
８をレーザービームが通り、その像は基板１６に結像さ
れる。細長間隙２８は、図に示されているより以上に円
柱レンズ１２から離されている。

【００２４】横断面が線形のビームの長手軸線は図面平
面に垂直で、従ってビームは窓１４に当たると、同様に
図面平面に垂直な線を形成し、この線は検出器１８に結
像される。従って検出器１８も細長であり、検出器の有
効な細長面の長手軸線も図面平面に対して垂直に位置す
る。これは窓１４の平面にも当てはまる。この幾何学的
形状により線形ビームの全長にわたるエネルギー分布を
検出器１により測定することが可能となり、例えば選択
的に参照番号２６のシャッタが窓１４と検出器１８との
間に配置され、これらのシャッタが線形ビームの所望の
部分を検出器１８に透過させることにより可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザービームのエネルギー及び／又はエネル
ギー密度の監視装置の概略図である。

【符号の説明】

１０ ビーム １２ 円柱レンズ １４ 窓 １４ａ 窓の外側表面 １４ｂ 窓の内側表面 １６ 基板 １８ 検出器 ２０ ビーム部分 ２２ 真空室の壁 ２４ 真空室の内部空間 α 窓の傾斜角

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザービーム（１０）が室の窓（１
   ４）を透過して基板（１６）に向けられ、前記レーザー
   ビーム（１０）からビームの一部分（２０）が分離され
   てエネルギー検出器（１８）に供給される前記レーザー
   ビーム（１０）のエネルギー及び／又はエネルギー密度
   の監視装置において、 前記窓（１４）が透過レーザービーム（１０）の光学軸
   線（Ａ）に対して斜めに配向され、前記検出器（１８）
   に向けられる前記ビームの一部分（２０）が前記窓（１
   ４）で反射されることを特徴とするレーザービームのエ
   ネルギー及び／又はエネルギー密度の監視装置。
2. 【請求項２】 窓（１４）の室に対して外側の表面（１
   ４ａ）が反射防止コーティングされ、前記窓（１４）の
   内側の表面（１４ｂ）は反射防止コーティングされてい
   ないことを特徴とする請求項１に記載のレーザービーム
   のエネルギー及び／又はエネルギー密度の監視装置。
3. 【請求項３】 検出器（１８）が少なくとも近似的に、
   レーザービーム（１０）を基板（１６）に結像する光学
   装置（１２）の他の像平面（１６ａ）の中に設けられて
   いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレ
   ーザービームのエネルギー及び／又はエネルギー密度の
   監視装置。
4. 【請求項４】 レーザービーム（１０）が線形で、とり
   わけアナモルフィックに基板（１６）に結像され、 検出器（１８）が細長形状、とりわけ検出器アレイの形
   を有することを特徴とする請求項１から請求項３のうち
   のいずれか１つの請求項に記載のレーザービームのエネ
   ルギー及び／又はエネルギー密度の監視装置。
5. 【請求項５】 窓（１４）と検出器（１８）との間に少
   なくとも１つのシャッタ（２６）設けられていることを
   特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１つ
   の請求項に記載のレーザービームのエネルギー及び／又
   はエネルギー密度の監視装置。
6. 【請求項６】 レーザービーム（１０）により照射され
   窓を通って基板（１６）に結像される間隙（２８）が、
   ビーム横断面の長手軸線が斜めに配向されている窓（１
   ４）の平面の中に位置するように、配向されていること
   を特徴とする請求項４又は請求項５に記載のレーザービ
   ームのエネルギー及び／又はエネルギー密度の監視装
   置。