KR20170017883A - 레이저 시스템 - Google Patents

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KR20170017883A
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고우지 가끼자끼
다까시 마쯔나가
마사끼 아라까와
오사무 와까바야시
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기가포톤 가부시키가이샤
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Abstract

이 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 타이밍 검출기는, 제1 펄스 레이저광이 제1 위치를 통과하는 제1 통과 타이밍을 검출하고, 또한 제2 펄스 레이저광이 제2 위치를 통과하는 제2 통과 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며, 제어부는, 제1 통과 타이밍 및 제2 통과 타이밍에 기초하여, 제1 레이저 장치가 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 제2 레이저 장치가 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성되어도 된다.

Description

레이저 시스템{LASER SYSTEM}
본 개시는, 레이저 시스템에 관한 것이다.
레이저 어닐 장치는, 기판 위에 성막된 아몰퍼스(비결정) 실리콘막에 엑시머 레이저 등의 레이저 시스템으로부터 출력된 자외선 영역의 파장을 갖는 펄스 레이저광을 조사하여, 폴리실리콘막으로 개질하는 장치이다. 아몰퍼스 실리콘막을 폴리실리콘막으로 개질함으로써, TFT(박막 트랜지스터)를 제작할 수 있다. 이 TFT는, 비교적 큰 액정 디스플레이에 사용되고 있다.
본 개시의 하나의 관점에 따른 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 타이밍 검출기는, 제1 펄스 레이저광이 제1 위치를 통과하는 제1 통과 타이밍을 검출하고, 또한 제2 펄스 레이저광이 제2 위치를 통과하는 제2 통과 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며, 제어부는, 제1 통과 타이밍 및 제2 통과 타이밍에 기초하여, 제1 레이저 장치가 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 제2 레이저 장치가 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성되어도 된다.
본 개시의 다른 하나의 관점에 따른 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 타이밍 검출기는, 제1 레이저 장치가 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 방전 타이밍 검출하고, 또한 제2 레이저 장치가 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 방전 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며, 제어부는, 제1 방전 타이밍 및 제2 방전 타이밍에 기초하여, 제1 레이저 장치가 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 제2 레이저 장치가 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성되어도 된다.
본 개시의 다른 하나의 관점에 따른 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 타이밍 검출기는, 제1 펄스 레이저광이 제1 위치를 통과하는 제1 통과 타이밍을 검출하고, 또한 제2 펄스 레이저광이 제2 위치를 통과하는 제2 통과 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며, 제1 광로 길이 조절기는, 제1 레이저 장치와 타이밍 검출기 사이의 제1 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 제2 광로 길이 조절기는, 제2 레이저 장치와 타이밍 검출기 사이의 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 제어부는, 제1 통과 타이밍 및 제2 통과 타이밍에 기초하여, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성되어도 된다.
본 개시의 다른 하나의 관점에 따른 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 타이밍 검출기는, 제1 레이저 장치가 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 방전 타이밍을 검출하고, 또한 제2 레이저 장치가 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 방전 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며, 제1 광로 길이 조절기는, 제1 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 제2 광로 길이 조절기는, 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 제어부는, 제1 방전 타이밍 및 제2 방전 타이밍에 기초하여, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성되어도 된다.
본 개시의 다른 하나의 관점에 따른 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 제어부는, 제1 펄스 레이저광이 레이저 시스템으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍과, 제2 펄스 레이저광이 레이저 시스템으로부터 출력되는 제2 출력 타이밍과의 차가 소정의 값에 근접하도록, 제1 레이저 장치가 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 제2 레이저 장치가 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성되어도 된다.
본 개시의 다른 하나의 관점에 따른 레이저 시스템은, 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서, 제1 광로 길이 조절기는, 제1 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 제2 광로 길이 조절기는, 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 제어부는, 제1 펄스 레이저광이 레이저 시스템으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍과, 제2 펄스 레이저광이 레이저 시스템으로부터 출력되는 제2 출력 타이밍과의 차가 소정의 값에 근접하도록, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성되어도 된다.
본 개시의 몇 가지 실시 형태를, 단순한 예로서, 첨부의 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은, 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 레이저 시스템(5)을 포함하는 레이저 어닐 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는, 도 1에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 있어서 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 피드백 제어하기 위한 원리를 나타내는 타이밍차트이다.
도 4는, 도 1에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 도 4에 도시된 차 T12 내지 T15를 계산하는 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 레이저 시스템(5)을 포함하는 레이저 어닐 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 7은, 도 6에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다.
도 8은, 도 6에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 있어서 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 피드백 제어하기 위한 원리를 나타내는 타이밍차트이다.
도 9는, 도 6에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 도 9에 도시된 차 T12 내지 T15를 계산하는 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 도 9에 도시된 어긋남량 ΔT의 보정 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 12는, 본 개시의 제3 실시 형태에 따른 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다.
도 13은, 도 12에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 14는, 도 13에 도시된 차 T12 내지 T15를 계산하는 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 15는, 제1 내지 제5 출력 타이밍 및 펄스 에너지와, 결합 빔의 펄스 파형과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은, 본 개시의 제4 실시 형태에 따른 레이저 시스템(5)을 포함하는 레이저 어닐 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 17은, 제1 광로 길이 조절기(7a)의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 18은, 도 16에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다.
도 19는, 도 16에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 20은, 상기 각 실시 형태에 있어서 사용할 수 있는 레이저 장치의 구성예를 나타낸다.
도 21은, 도 20에 도시된 펄스 파워 모듈(13)의 구성과, 레이저광의 진행 방향에 대략 평행한 방향에서 본 레이저 챔버(10)의 내부 구성을 나타낸다.
도 22는, 빔 결합기의 다른 예를 나타낸다.
도 23은, 빔 결합기의 또 다른 예를 나타낸다.
도 24는, 제어부의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
<내용>
1. 개요
2. 용어의 설명
3. 타이밍 검출기를 구비한 레이저 어닐 장치
3.1 복수의 레이저 장치
3.2 복수의 고반사 미러
3.3 복수의 타이밍 검출기
3.4 빔 결합 시스템
3.5 레이저 시스템 제어부
3.6 노광 장치
3.7 타이밍 제어를 위한 구성
3.8 메인 플로우
3.9 S50의 상세
4. 펄스 파형 계측기를 구비한 레이저 어닐 장치
4.1 구성
4.2 메인 플로우
4.3 S50a의 상세
4.4 S70의 상세
5. 펄스 에너지를 제어하는 레이저 어닐 장치
5.1 구성
5.2 메인 플로우
5.3 S50b의 상세
6. 광로 길이 조절기를 구비한 레이저 어닐 장치
6.1 구성
6.2 메인 플로우
7. 기타
7.1 레이저 장치
7.2 플라이 아이 렌즈를 포함하는 빔 결합기
7.3 평면경을 사용한 빔 결합기
8. 제어부의 구성
이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이하에 설명되는 실시 형태는, 본 개시의 몇 가지 예를 나타내는 것으로서, 본 개시의 내용을 한정하는 것은 아니다. 또한, 각 실시 형태에서 설명되는 구성 및 동작의 전부가 본 개시의 구성 및 동작으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
1. 개요
레이저 어닐 장치는, 유리 기판 위의 아몰퍼스 실리콘막에 펄스 레이저광을 조사함으로써, 레이저 어닐을 행해도 된다. 최근처럼 점점 커지는 액정 디스플레이가 제조되게 되면, 리드 타임 삭감을 위해서, 펄스 레이저광의 1개의 펄스당 에너지를 증가시키는 것이 요구될 수 있다. 1개의 펄스당 에너지를 증가시키기 위해서, 복수 대의 레이저 장치로부터 각각 출력된 펄스 레이저광을 합파하여, 아몰퍼스 실리콘막에 조사해도 된다.
그러나, 각각의 레이저 장치로부터 출력된 펄스 레이저광의 출력 타이밍의 동기가 불안정해지면, 합파된 펄스 레이저광의 파형이 변화될 수 있다. 펄스 레이저광의 파형이 변화되면, 레이저 어닐된 재료의 전기적 특성에 영향이 미칠 가능성이 있다.
본 개시의 하나의 관점에 의하면, 제1 레이저 장치로부터 출력되는 펄스 레이저광이 제1 위치를 통과하는 제1 통과 타이밍과, 제2 레이저 장치로부터 출력되는 펄스 레이저광이 제2 위치를 통과하는 제2 통과 타이밍이 검출되어도 된다. 그리고, 제1 통과 타이밍 및 제2 통과 타이밍에 기초하여, 제1 레이저 장치가 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 제2 레이저 장치가 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍이 제어되어도 된다.
2. 용어의 설명
본원에 있어서 사용되는 몇 가지 용어를 이하에 설명한다.
펄스 레이저광의 「광로축」은, 펄스 레이저광의 광로의 중심축을 의미할 수 있다.
3. 타이밍 검출기를 구비한 레이저 어닐 장치
도 1은, 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 레이저 시스템(5)을 포함하는 레이저 어닐 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸다. 레이저 어닐 장치(1)는, 레이저 시스템(5)과, 노광 장치(4)를 구비해도 된다.
레이저 시스템(5)은, 복수의 레이저 장치(2a 내지 2e)와, 복수의 고반사 미러(30a 내지 30e 및 31a 내지 31e)와, 복수의 타이밍 검출기(32a 내지 32e)와, 빔 결합 시스템(3)과, 레이저 시스템 제어부(20)를 포함해도 된다.
3.1 복수의 레이저 장치
복수의 레이저 장치(2a 내지 2e)는, 제1 레이저 장치(2a)와, 제2 레이저 장치(2b)와, 제3 레이저 장치(2c)와, 제4 레이저 장치(2d)와, 제5 레이저 장치(2e)를 포함해도 된다. 도 1에 있어서는 5대의 레이저 장치(2a 내지 2e)를 도시하였지만, 레이저 장치의 대수는 특별히 한정되지 않으며, 2 이상의 임의의 대수여도 된다.
제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)의 각각은, 예를 들어 XeF, XeCl, KrF, 또는 ArF를 레이저 매질로 하는 엑시머 레이저 장치여도 된다. 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)의 각각은, 서로 실질적으로 동일한 구성을 가져도 된다. 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)는, 각각 제1 내지 제5 트리거 신호를 수신하여, 각각 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을 출력해도 된다. 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 자외선의 파장 영역을 가져도 된다.
3.2 복수의 고반사 미러
복수의 고반사 미러(30a 내지 30e)는, 복수의 레이저 장치(2a 내지 2e)의 대수에 대응하는 수만큼 설치되고, 복수의 고반사 미러(31a 내지 31e)는, 복수의 레이저 장치(2a 내지 2e)의 대수에 대응하는 수만큼 설치되어도 된다.
고반사 미러(30a 및 31a)는, 제1 레이저 장치(2a)로부터 출력된 제1 펄스 레이저광(21)이 입사 광학계(33)의 후술하는 제1 오목 렌즈(3311)에 입사하도록 배치되어도 된다.
고반사 미러(30b 및 31b)는, 제2 레이저 장치(2b)로부터 출력된 제2 펄스 레이저광(22)이 입사 광학계(33)의 후술하는 제2 오목 렌즈(3312)에 입사하도록 배치되어도 된다.
고반사 미러(30c 및 31c)는, 제3 레이저 장치(2c)로부터 출력된 제3 펄스 레이저광(23)이 입사 광학계(33)의 후술하는 제3 오목 렌즈(3313)에 입사하도록 배치되어도 된다.
고반사 미러(30d 및 31d)는, 제4 레이저 장치(2d)로부터 출력된 제4 펄스 레이저광(24)이 입사 광학계(33)의 후술하는 제4 오목 렌즈(3314)에 입사하도록 배치되어도 된다.
고반사 미러(30e 및 31e)는, 제5 레이저 장치(2e)로부터 출력된 제5 펄스 레이저광(25)이 입사 광학계(33)의 후술하는 제5 오목 렌즈(3315)에 입사하도록 배치되어도 된다.
3.3 복수의 타이밍 검출기
복수의 타이밍 검출기(32a 내지 32e)는, 복수의 레이저 장치(2a 내지 2e)의 대수에 대응하는 수만큼 설치되어도 된다.
타이밍 검출기(32a)는, 빔 스플리터(35a)와 광 센서(36a)를 포함해도 된다. 빔 스플리터(35a)는, 제1 레이저 장치(2a)와 입사 광학계(33) 또는 빔 결합기(34) 사이의 제1 펄스 레이저광(21)의 광로에 위치해도 된다. 빔 스플리터(35a)는, 제1 펄스 레이저광(21)을 높은 투과율로 제1 방향으로 투과시킴과 함께, 제1 펄스 레이저광(21)의 일부를 제2 방향을 향해 반사해도 된다.
광 센서(36a)는, 포토다이오드 또는 광전관을 포함해도 된다. 광 센서(36a)는 빔 스플리터(35a)에 의해 상기 제2 방향으로 반사된 제1 펄스 레이저광(21)의 광로에 위치해도 된다. 광 센서(36a)는, 빔 스플리터(35a)로부터 광 센서(36a)의 수광면까지의 상기 제2 방향을 따른 광로 길이가 L로 되는 위치에 배치되어도 된다. 광로 길이란, 광이 통과하는 매질의 굴절률과 당해 매질을 광이 통과하는 거리의 곱의 총합이어도 된다. 광 센서(36a)는, 제1 펄스 레이저광(21)의 일부를 수광해도 된다.
타이밍 검출기(32a)는, 제1 펄스 레이저광(21)이 제1 위치(21a)를 통과하는 제1 통과 타이밍을 나타내는 신호를 출력해도 된다. 제1 위치(21a)는, 빔 스플리터(35a)를 상기 제1 방향으로 투과한 제1 펄스 레이저광(21)의 광로로서, 빔 스플리터(35a)의 위치로부터의 광로 길이가 상기 L로 되는 위치에 상당해도 된다. 빔 스플리터(35a)를 제1 방향으로 투과한 제1 펄스 레이저광(21)의 광로에는, 입사 광학계(33) 또는 빔 결합기(34)가 위치해도 된다.
타이밍 검출기(32a 내지 32e)는, 서로 실질적으로 동일한 구성을 갖고 있어도 된다.
타이밍 검출기(32b)는, 제2 펄스 레이저광(22)이 제2 위치(22a)를 통과하는 제2 통과 타이밍을 나타내는 신호를 출력해도 된다.
타이밍 검출기(32c)는, 제3 펄스 레이저광(23)이 제3 위치(23a)를 통과하는 제3 통과 타이밍을 나타내는 신호를 출력해도 된다.
타이밍 검출기(32d)는, 제4 펄스 레이저광(24)이 제4 위치(24a)를 통과하는 제4 통과 타이밍을 나타내는 신호를 출력해도 된다.
타이밍 검출기(32e)는, 제5 펄스 레이저광(25)이 제5 위치(25a)를 통과하는 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호를 출력해도 된다.
제1 내지 제5 위치로부터, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 위치(26a)까지의 광로 길이를, 각각 L1 내지 L5로 하여도 된다. 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 위치는, 빔 결합 시스템(3)과 노광 장치(4) 사이의 위치(26a)여도 된다.
3.4 빔 결합 시스템
빔 결합 시스템(3)은, 입사 광학계(33)와, 빔 결합기(34)를 구비해도 된다.
입사 광학계(33)는, 2차 광원 광학계(331)와, 콘덴서 광학계(332)를 포함하고, 쾰러 조명을 구성하도록 설계되어도 된다.
2차 광원 광학계(331)는, 제1 내지 제5 오목 렌즈(3311 내지 3315)를 포함해도 된다.
제1 오목 렌즈(3311)는, 제1 레이저 장치(2a)로부터 출력된 제1 펄스 레이저광(21)의 광로로서, 타이밍 검출기(32a)와, 콘덴서 광학계(332)의 사이에 배치되어도 된다. 제1 오목 렌즈(3311)는, 제1 레이저 장치(2a)로부터 출력된 제1 펄스 레이저광(21)을 콘덴서 광학계(332)를 향해서 투과시킬 때, 제1 펄스 레이저광(21)의 빔 폭을 확대시켜도 된다.
제1 내지 제5 오목 렌즈(3311 내지 3315)는, 서로 실질적으로 동일한 구성을 갖고 있어도 된다.
제2 오목 렌즈(3312)는, 제2 레이저 장치(2b)로부터 출력된 제2 펄스 레이저광(22)의 광로에 배치되어도 된다.
제3 오목 렌즈(3313)는, 제3 레이저 장치(2c)로부터 출력된 제3 펄스 레이저광(23)의 광로에 배치되어도 된다.
제4 오목 렌즈(3314)는, 제4 레이저 장치(2d)로부터 출력된 제4 펄스 레이저광(24)의 광로에 배치되어도 된다.
제5 오목 렌즈(3315)는, 제5 레이저 장치(2e)로부터 출력된 제5 펄스 레이저광(25)의 광로에 배치되어도 된다.
제1 내지 제5 오목 렌즈(3311 내지 3315)에 각각 입사하는 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 모두 대략 동일한 크기로서, 대략 동일한 빔 디버전스를 갖는 레이저광이어도 된다.
제1 내지 제5 오목 렌즈(3311 내지 3315)를 각각 투과한 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 광로축은, 서로 거의 평행하여도 된다.
콘덴서 광학계(332)는, 이하에 설명하는 바와 같이, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이, 빔 결합기(34)의 입사면에 있어서 대략 동일한 영역에 입사하고, 또한 각각 소정의 입사 각도로 입사하도록, 배치되어도 된다.
콘덴서 광학계(332)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 광로에 걸친 영역으로서, 2차 광원 광학계(331)와 빔 결합기(34) 사이의 위치에 배치되어도 된다. 콘덴서 광학계(332)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을, 빔 결합기(34)를 향해서 투과시킬 수 있다. 이때, 콘덴서 광학계(332)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 광로축의 방향을, 미리 정해진 각각의 소정 방향으로 변화시킬 수 있다.
콘덴서 광학계(332)는, 당해 콘덴서 광학계(332)의 전방측 초점면의 위치가, 제1 내지 제5 오목 렌즈(3311 내지 3315)의 각각의 초점의 위치와 거의 일치하도록, 배치되어도 된다. 따라서, 콘덴서 광학계(332)는, 제1 내지 제5 오목 렌즈(3311 내지 3315)를 각각 투과한 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을, 각각 거의 평행광으로 되도록, 콜리메이트할 수 있다.
콘덴서 광학계(332)는 당해 콘덴서 광학계(332)의 후방측 초점면의 위치가 빔 결합기(34)의 입사측의 면의 위치와 거의 일치하도록 배치되어도 된다. 따라서, 콘덴서 광학계(332)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을, 빔 결합기(34)의 서로 거의 동일한 영역에, 소정의 입사 각도로 입사시킬 수 있다.
도 1에 있어서, 콘덴서 광학계(332)는 1개의 볼록 렌즈를 포함하도록 하여 도시하였지만, 도시하지 않은 다른 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈와의 조합이나, 오목면 미러 등을 포함해도 된다.
빔 결합기(34)는, 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element: DOE)를 포함해도 된다. 이 회절 광학 소자는, 예를 들어 합성 석영이나 불화칼슘 기판 등의 자외선을 투과시키는 기판 위에, 소정 형상의 홈이 소정 간격으로 형성된 것이어도 된다.
콘덴서 광학계(332)에 의해 각각의 소정 방향으로 광로축이 변화된 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이, 빔 결합기(34)에 입사할 수 있다. 빔 결합기(34)에 입사한 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 서로 거의 동일한 방향으로 빔 결합기(34)로부터 출사할 수 있다. 즉, 전술한 각각의 소정 방향은, 빔 결합기(34)에 의해 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 합파되는 방향이어도 된다. 이와 같은 빔 결합기(34)로서, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2009/0285076호 명세서에 개시된 회절 광학 소자가 사용되어도 된다.
빔 결합기(34)로부터 출사한 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 거의 동일한 광로를 통과하여 노광 장치(4)에 입사해도 된다.
이와 같이 하여, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 빔 결합 시스템(3)에 의해 결합되고, 레이저 시스템(5)으로부터 출사되어도 된다. 이하의 설명에 있어서, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 결합된 펄스 레이저광을, 결합 레이저광이라 칭하는 경우가 있다. 결합 레이저광은, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을 포함해도 된다. 결합 레이저광은, 1대의 레이저 장치로부터 출력된 펄스 레이저광에 대하여 약 5배의 펄스 에너지를 가져도 된다. 또한, 펄스 레이저광을 「결합」한다고 함은, 제1 방향으로 입사하는 제1 펄스 레이저광과, 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 입사하는 제2 펄스 레이저광을, 제3 방향을 향해 출사하는 것을 포함하는 것이어도 된다. 제3 방향은, 제1 및 제2 방향 중 어느 하나와 동일한 방향이어도 되고, 그들 중 어느 하나와도 상이한 방향이어도 된다. 제3 방향을 향해 출사되는 제1 및 제2 펄스 레이저광은, 광로가 중첩되어 있거나, 혹은 근접하고 있어도 된다.
3.5 레이저 시스템 제어부
레이저 시스템 제어부(20)는, 제1 내지 제5 트리거 신호를 출력해도 된다. 제1 내지 제5 트리거 신호는, 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)에 각각 입력되어도 된다. 레이저 시스템 제어부(20)는, 타이밍 검출기(32a 내지 32e)로부터 각각 출력된 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호를 수신해도 된다.
3.6 노광 장치
노광 장치(4)는, 노광 장치 제어부(40)와, 고반사 미러(41)와, 조명 광학계(42)와, 마스크(43)와, 전사 광학계(44)를 구비해도 된다. 노광 장치(4)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광을 소정의 마스크 패턴으로 성형하고, 피조사물 P에 조사해도 된다.
노광 장치 제어부(40)는, 피조사물 P를 유지하기 위한 도시하지 않은 스테이지의 이동, 피조사물 P나 마스크(43)의 교환 등의 제어를 행해도 된다. 노광 장치 제어부(40)는, 레이저 시스템 제어부(20)에 대하여 발진 트리거 신호를 출력해도 된다.
고반사 미러(41)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광의 광로에 배치되어도 된다. 고반사 미러(41)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광을 반사해서 조명 광학계(42)에 입사시켜도 된다. 조명 광학계(42)에 입사하는 펄스 레이저광은, 거의 평행광이어도 된다.
조명 광학계(42)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광의 광로로서, 고반사 미러(41)와 마스크(43)의 사이에 배치되어도 된다. 조명 광학계(42)는, 플라이 아이 렌즈(421)와, 콘덴서 광학계(422)를 포함하고, 쾰러 조명을 구성하도록 설계되어도 된다.
플라이 아이 렌즈(421)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광의 광로로서, 고반사 미러(41)와 콘덴서 광학계(422)의 사이에 배치되어도 된다. 플라이 아이 렌즈(421)는, 펄스 레이저광의 단면을 따라 배열된 복수의 렌즈를 포함해도 된다. 당해 복수의 렌즈의 각각은, 펄스 레이저광의 각 일부를 콘덴서 광학계(422)를 향해서 투과시킬 때, 당해 각 일부의 빔 폭을 확대시켜도 된다.
콘덴서 광학계(422)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광의 광로로서, 플라이 아이 렌즈(421)와 마스크(43)의 사이에 배치되어도 된다. 콘덴서 광학계(422)는, 플라이 아이 렌즈(421)로부터 출사된 펄스 레이저광을 마스크(43)를 향해 조명해도 된다.
콘덴서 광학계(422)는, 당해 콘덴서 광학계(422)의 후방측 초점면의 위치가 마스크(43)의 위치와 거의 일치하도록 배치되어도 된다. 따라서, 콘덴서 광학계(422)는, 플라이 아이 렌즈(421)에 포함되는 복수의 렌즈의 각각을 투과한 펄스 레이저광을, 마스크(43)의 서로 거의 동일한 영역에 입사시킬 수 있다.
도 1에 있어서, 콘덴서 광학계(422)는, 1개의 볼록 렌즈를 포함하도록 하여 도시하였지만, 도시하지 않은 다른 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈와의 조합이나, 오목면 미러 등을 포함해도 된다.
이상의 구성에 의해, 조명 광학계(42)는, 마스크(43)에 조사되는 펄스 레이저광의 빔 단면에 있어서의 광 강도 분포의 변동을 저감해도 된다.
마스크(43)는, 직사각형 형상의 개구가 형성된 슬릿이어도 된다. 당해 슬릿의 개구 형상은, 마스크(43)의 마스크 패턴을 구성할 수 있다. 마스크(43)의 마스크 패턴은, 직사각형 형상으로 한정되지 않고, 소정의 형상의 패턴이어도 된다.
전사 광학계(44)는, 레이저 시스템(5)으로부터 출사된 펄스 레이저광의 광로로서, 마스크(43)와 피조사물 P의 사이에 배치되어도 된다. 전사 광학계(44)는, 당해 전사 광학계(44)에 의해 결상되는 마스크(43)의 상(像)의 위치가 피조사물 P의 피조사 위치와 거의 일치하도록 배치되어도 된다. 이에 의해, 전사 광학계(44)는, 펄스 레이저광이 조사된 마스크(43)의 마스크 패턴을 피조사물 P에 전사해도 된다.
전사 광학계(44)는, 1개 또는 복수의 볼록 렌즈를 포함해도 된다. 전사 광학계(44)는, 1개 또는 복수의 볼록 렌즈로 한정되지 않고, 예를 들어 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합이나, 오목면 미러 등을 포함해도 된다. 전사 광학계(44)는 직사각형 형상의 마스크 패턴의 짧은 방향만을 피조사물 P에 전사하는 실린드리컬 렌즈에 의해 구성되어도 된다.
이상과 같이, 레이저 시스템(5)은, 1대의 레이저 장치로부터 출력된 펄스 레이저광보다도 펄스 에너지가 높은 펄스 레이저광을 출력할 수 있다. 그 결과, 레이저 어닐 장치(1)는, 대면적의 피조사물 P에 효율적으로 펄스 에너지를 부여할 수 있다. 그리고, 대면적의 액정 디스플레이의 효율적인 제조가 가능하게 될 수 있다.
3.7 타이밍 제어를 위한 구성
도 2는, 도 1에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다. 레이저 시스템 제어부(20)는, 타이머부(20a)와, 처리부(20b)와, 지연 회로부(20c)를 포함해도 된다. 레이저 시스템 제어부(20)는, 이하의 구성에 의해, 제1 내지 제5 트리거 신호를 출력하는 트리거 타이밍을 피드백 제어해도 된다. 레이저 시스템 제어부(20)는, 본 개시에 있어서의 제어부에 상당할 수 있다.
타이머부(20a)와 지연 회로부(20c)는, 노광 장치 제어부(40)로부터 출력된 발진 트리거 신호를 수신해도 된다.
지연 회로부(20c)는, 제1 내지 제5 트리거 신호를 출력해도 된다. 제1 내지 제5 트리거 신호는, 지연 회로부(20c)가 발진 트리거 신호를 수신한 후, 각각 소정의 시간 지연시킨 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5로 출력되어도 된다. 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)가, 각각 제1 내지 제5 트리거 신호를 수신하여, 각각 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을 출력해도 된다.
타이머부(20a)는, 타이밍 검출기(32a 내지 32e)로부터 각각 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호를 수신해도 된다. 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이, 각각 제1 내지 제5 위치를 통과하는 타이밍을 나타내도 된다. 타이머부(20a)는, 발진 트리거 신호를 수신한 후, 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호를 수신할 때까지의 사이에, 각각 클럭 신호를 카운트해도 된다. 그 결과 얻어진 카운트 데이터가, 각각 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5로서, 타이머부(20a)로부터 처리부(20b)에 송신되어도 된다.
처리부(20b)는, 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5에 기초하여, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 설정하도록 구성되어도 된다. 이들 트리거 타이밍은, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 출력 타이밍의 차가 소정의 값에 근접하도록 설정되어도 된다. 소정의 값은, 거의 0이어도 된다.
도 3은, 도 1에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 있어서 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 피드백 제어하기 위한 원리를 나타내는 타이밍차트이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지연 회로부(20c)가 발진 트리거 신호를 수신한 타이밍으로부터 제1 내지 제5 트리거 신호를 출력하는 타이밍까지의 지연 시간이, 각각 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5로서 설정되어도 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지연 회로부(20c)가 제1 내지 제5 트리거 신호를 출력한 후, 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)가, 각각 제1 내지 제5 펄스 레이저광을 출력해도 된다.
타이머부(20a)는, 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호를 수신하여, 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5를 계측해도 된다. 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 각각 제1 내지 제5 위치를 통과하는 타이밍이어도 된다.
제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 내지 제5 출력 타이밍 T1out 내지 T5out는, 각각 이하와 같이 구해져도 된다.
T1out=TD1+L1/c
T2out=TD2+L2/c
T3out=TD3+L3/c
T4out=TD4+L4/c
T5out=TD5+L5/c
여기서, L1 내지 L5는, 제1 내지 제5 위치(21a 내지 25a)와, 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 위치(26a) 사이의 각각의 광로 길이어도 된다. c는, 진공 중의 광속이어도 된다.
처리부(20b)는, 제1 내지 제5 출력 타이밍 T1out 내지 T5out의 차가 소정의 값에 근접하도록, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 재설정해도 된다. 소정의 값은, 예를 들어 0이어도 된다.
이상과 같은 제어에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 동기하여 레이저 시스템(5)으로부터 출력되어도 된다.
또한, 레이저 시스템(5)에 포함되는 복수의 레이저 장치의 대수는, 5대인 경우로 한정되지 않고, 2대 이상이어도 된다.
또한, 노광 장치 제어부(40)로부터 발진 트리거 신호를 수신하는 경우로 한정되지 않고, 레이저 시스템 제어부(20)가 소정의 반복 주파수로 발진 트리거 신호를 생성해도 된다.
3.8 메인 플로우
도 4는, 도 1에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 처리부(20b)는, 이하의 처리에 의해, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 피드백 제어해도 된다. 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5는, 지연 회로부(20c)가 발진 트리거 신호를 수신하고 나서 제1 내지 제5 트리거 신호를 출력할 때까지의 지연 시간이어도 된다.
우선, S20에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를, 각각 초깃값 TR1in 내지 TR5in으로 설정해도 된다.
다음으로, S50에 있어서, 처리부(20b)는, 제2 내지 제5 펄스 레이저광(22 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out와 각각의 목푯값과의 차 T12 내지 T15를 계산해도 된다. 이 처리의 상세에 대해서는, 도 5를 참조하면서 후술한다. 또한, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out의 목푯값은, 제1 펄스 레이저광(21)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍 T1out를 기준으로 하여 계산되어도 된다.
다음으로, S60에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 재설정해도 된다. 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5는, 차 T12 내지 T15를 사용해서 이하와 같이 산출되어도 된다.
TR1=TR1
TR2=TR2-T12
TR3=TR3-T13
TR4=TR4-T14
TR5=TR5-T15
또한, 우변의 TR1 내지 TR5는 현재 설정되어 있는 트리거 타이밍을 나타내고, 좌변의 TR1 내지 TR5는 새롭게 설정되는 트리거 타이밍을 나타내도 된다.
다음으로, S90에 있어서, 처리부(20b)는, 트리거 타이밍의 제어를 중지할지 여부를 판정해도 된다. 제어를 중지하지 않은 경우(S90; 아니오), 처리부(20b)는, 처리를 전술한 S50으로 복귀하여, S50 내지 S90의 처리를 반복해도 된다. 제어를 중지하는 경우(S90; 예), 처리부(20b)는, 본 흐름도의 처리를 종료해도 된다.
3.9 S50의 상세
도 5는, 도 4에 도시된 차 T12 내지 T15를 계산하는 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다. 도 5에 도시된 처리는, 도 4에 도시된 S50의 서브루틴으로서, 처리부(20b)에 의해 행해져도 된다.
우선, S51에 있어서, 처리부(20b)는, 본 흐름도의 처리를 진행시키기 위한 초깃값을 이하와 같이 설정해도 된다.
N=1
TD1sum
=TD2sum
=TD3sum
=TD4sum
=TD5sum
=0
여기서, N은 카운터의 값이어도 된다. TD1sum 내지 TD5sum은, 각각 TD1 내지 TD5의 평균값을 산출하는 과정에서 산출되는 누적값이어도 된다.
다음으로, S52에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호가 입력되었는지 여부를 판정해도 된다. 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호가 입력되었는지 여부는, 타이머부(20a)로부터 카운트 데이터를 수신하였는지 여부에 의해 판정되어도 된다. 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호가 입력되지 않은 경우(S52; 아니오), 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호가 입력될 때까지 대기해도 된다. 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호가 입력된 경우(S52; 예), 처리부(20b)는, 처리를 S53으로 진행시켜도 된다.
S53에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5를 읽어들여도 된다. 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5는, 타이머부(20a)가 발진 트리거 신호를 수신하고 나서, 제1 내지 제5 통과 타이밍을 나타내는 신호를 수신할 때까지의 시간에 상당해도 된다.
다음으로, S54에 있어서, 처리부(20b)는, 누적값 TD1sum 내지 TD5sum의 값을 이하와 같이 갱신해도 된다.
TD1sum=TD1sum+TD1
TD2sum=TD2sum+TD2
TD3sum=TD3sum+TD3
TD4sum=TD4sum+TD4
TD5sum=TD5sum+TD5
또한, 우변의 TD1sum 내지 TD5sum은 현재의 누적값을 나타내고, 좌변의 TD1sum 내지 TD5sum은 갱신된 누적값을 나타내도 된다.
다음으로, S55에 있어서, 처리부(20b)는, 카운터 N의 값이 소정값 Nmax 이상인지 여부를 판정해도 된다. Nmax는, 10부터 1000까지의 범위에서 정해진 정수이어도 된다.
카운터 N의 값이 소정값 Nmax 이상이 아닌 경우(S55; 아니오), 처리부(20b)는, 처리를 S56으로 진행시켜도 된다. S56에 있어서, 처리부(20b)는, 카운터 N의 값에 1을 더해도 된다. 그 후, 처리부(20b)는, 처리를 전술한 S52로 복귀해도 된다.
카운터 N의 값이 소정값 Nmax 이상으로 된 경우(S55; 예), 처리부(20b)는, 처리를 S57로 진행시켜도 된다.
S57에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5의 평균값 TD1av 내지 TD5av를 각각 이하와 같이 산출해도 된다.
TD1av=TD1sum/Nmax
TD2av=TD2sum/Nmax
TD3av=TD3sum/Nmax
TD4av=TD4sum/Nmax
TD5av=TD5sum/Nmax
다음으로, S58에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 내지 제5 출력 타이밍 T1out 내지 T5out를 각각 이하와 같이 계산해도 된다.
T1out=TD1av+L1/c
T2out=TD2av+L2/c
T3out=TD3av+L3/c
T4out=TD4av+L4/c
T5out=TD5av+L5/c
이와 같이, 제1 내지 제5 통과 타이밍 TD1 내지 TD5의 평균값 TD1av 내지 TD5av를 사용함으로써, 안정된 제어를 행하도록 해도 된다.
다음으로 S59에 있어서, 처리부(20b)는, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out와 각각의 목푯값과의 차 T12 내지 T15를 이하와 같이 계산해도 된다.
T12=T2out-T1out
T13=T3out-T1out
T14=T4out-T1out
T15=T5out-T1out
이와 같이, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out의 목푯값을, 제1 출력 타이밍 T1out와 동일하게 함으로써, 제1 내지 제5 출력 타이밍 T1out 내지 T5out의 차를 0에 근접하도록 해도 된다.
S59의 후, 처리부(20b)는 본 흐름도의 처리를 종료하고, 처리를 도 4의 S60으로 이행시켜도 된다.
이상과 같이 제어함으로써, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 레이저 시스템(5)으로부터의 출력 위치에 있어서 거의 동시에 출력되어도 된다. 이와 같이 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 출력 타이밍을 일치시킴으로써, 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 결합 레이저광의 광 강도를 높게 해도 된다. 여기서, 광 강도는, 펄스 에너지를 펄스폭으로 제산한 값으로 해도 된다.
제1 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 광로 위에, 각각의 타이밍 검출기(32a 내지 32e)가 설치되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 레이저 시스템 제어부(20)에 의해 제1 내지 제5 트리거 신호가 출력되고 나서, 레이저 시스템(5)으로부터 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 출력될 때까지의 각각의 소요 시간을, 미리 메모리에 기억해 두어도 된다. 이 소요 시간에 기초하여, 레이저 시스템(5)으로부터 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 출력되는 출력 타이밍의 차가 소정의 값에 근접하도록, 트리거 타이밍이 제어되어도 된다.
또한, 후술하지만 타이밍 검출기(32a 내지 32e)가 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e) 내에 각각 배치되어 있는 경우에는, 예를 들어 제1 내지 제5 위치(21a 내지 25a)는, 예를 들어 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)로부터의 펄스 레이저광의 출사 위치로 설정해도 된다.
4. 펄스 파형 계측기를 구비한 레이저 어닐 장치
4.1 구성
도 6은, 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 레이저 시스템(5)을 포함하는 레이저 어닐 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸다. 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템(5)은, 펄스 파형 계측기(6)를 더 구비해도 된다. 그 밖의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지여도 된다.
펄스 파형 계측기(6)는, 빔 스플리터(61)와, 집광 광학계(62)와, 광 센서(63)를 포함해도 된다. 빔 스플리터(61)는, 빔 결합 시스템(3)과 노광 장치(4) 사이의 펄스 레이저광의 광로에 위치해도 된다. 빔 스플리터(61)는, 펄스 레이저광을 높은 투과율로 제1 방향으로 투과시킴과 함께, 펄스 레이저광의 일부를 제2 방향을 향해 반사해도 된다. 집광 광학계(62)는, 빔 스플리터(61)에 의해 상기 제2 방향으로 반사된 펄스 레이저광을, 광 센서(63)의 수광면에 집광해도 된다.
광 센서(63)는, 포토다이오드 또는 광전관을 포함해도 된다. 광 센서(63)는, 바람직하게는 바이플래너관을 포함해도 된다. 광 센서(63)는, 집광 광학계(62)에 의해 집광된 펄스 레이저광을 수광해도 된다. 광 센서(63)는, 수광한 펄스 레이저광의 펄스 파형 데이터를 레이저 시스템 제어부(20)로 출력해도 된다.
도 7은, 도 6에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다. 펄스 파형 계측기(6)로부터 출력된 펄스 파형의 데이터는, 레이저 시스템 제어부(20)의 처리부(20b)에 입력되어도 된다. 노광 장치 제어부(40)는, 목표 펄스폭 Dt의 데이터를 출력해도 된다. 목표 펄스폭 Dt의 데이터는, 처리부(20b)에 입력되어도 된다.
도 8은, 도 6에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 있어서 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 피드백 제어하기 위한 원리를 나타내는 타이밍차트이다.
본 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 내지 제5 출력 타이밍 T1out 내지 T5out가, 순서대로 ΔT씩 어긋나게 제어되어도 된다. 이와 같이 ΔT씩 어긋난 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을 레이저 시스템(5)으로부터 순차 출력함으로써, 실질적으로 펄스폭이 긴 결합 레이저광을 생성할 수 있다. 또한, ΔT의 값을 변화시킴으로써, 결합 레이저광의 펄스폭을 변화시킬 수 있다.
4.2 메인 플로우
도 9는, 도 6에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 처리부(20b)는, 이하의 처리에 의해, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 피드백 제어해도 된다.
우선, S20에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를, 각각 초깃값 TR1in 내지 TR5in으로 설정해도 된다. S20의 처리는, 도 4를 참조하면서 설명한 S20의 처리와 마찬가지여도 된다.
다음으로, S30에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 출력 타이밍 T1out 내지 T5out의 어긋남량 ΔT를, 초깃값 ΔTin으로 설정해도 된다.
다음으로, S40에 있어서, 처리부(20b)는, 목표 펄스폭 Dt를 읽어들여도 된다. 목표 펄스폭 Dt는, 노광 장치 제어부(40)로부터 수신한 것이어도 된다.
다음으로, S50a에 있어서, 처리부(20b)는, 제2 내지 제5 펄스 레이저광(22 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out와 각각의 목푯값과의 차 T12 내지 T15를 계산해도 된다. 이 처리의 상세에 대해서는, 도 10을 참조하면서 후술한다. 또한, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out의 목푯값은, 제1 펄스 레이저광(21)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍 T1out를 기준으로 하여 계산되어도 된다.
다음으로, S60에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 재설정해도 된다. S60의 처리는, 도 4를 참조하면서 설명한 S60의 처리와 마찬가지여도 된다.
다음으로, S70에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 타이밍의 어긋남량 ΔT를 보정해도 된다. 이 처리의 상세에 대해서는, 도 11을 참조하면서 후술한다. 또한, 어긋남량 ΔT의 보정은, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 빔 결합된 결합 레이저광의 펄스폭과, 목표 펄스폭 Dt와의 차 ΔD에 기초하여 행해져도 된다. 결합 레이저광의 펄스폭은, 예를 들어 반값전폭이어도 된다. 또는, 결합 레이저광의 펄스폭은, 반값 이외의 임계값을 기준으로 한 펄스폭이어도 된다. 결합 레이저광의 펄스폭은, 이하의 식으로 나타내는 TIS여도 된다.
TIS=([∫｜(t)dt]2)/(∫｜(t)2dt)
여기서, t는 시간이어도 된다. ｜(t)는 시간 t에 있어서의 광 강도의 값이어도 된다. ∫은 적분 기호여도 된다.
다음으로, S90에 있어서, 처리부(20b)는, 트리거 타이밍의 제어를 중지할지 여부를 판정해도 된다. 제어를 중지하지 않을 경우(S90; 아니오), 처리부(20b)는, 처리를 전술한 S50a로 복귀하여, S50a 내지 S90의 처리를 반복해도 된다. 제어를 중지하는 경우(S90; 예), 처리부(20b)는, 본 흐름도의 처리를 종료해도 된다.
4.3 S50a의 상세
도 10은, 도 9에 도시된 차 T12 내지 T15를 계산하는 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다. 도 10에 도시된 처리는, 도 9에 도시된 S50a의 서브루틴으로서, 처리부(20b)에 의해 행해져도 된다.
도 10에 도시된 처리는, S59a에 있어서, 차 T12 내지 T15를 계산할 때의 목푯값이 도 5에 도시된 S59의 처리와 상이해도 된다. 다른 점에 대해서는, 도 10에 도시된 처리는, 도 5에 도시된 처리와 마찬가지여도 된다.
S59a에 있어서, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out의 목푯값은, 제1 출력 타이밍 T1out로부터 ΔT씩 어긋난 값으로 해도 된다. 이에 의해, 결합 레이저광의 펄스폭을 제어할 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 처리는, 전술한 제1 실시 형태에 적용되어도 된다. 제1 실시 형태에 있어서는 펄스 파형 계측기(6)가 설치되지 않기 때문에, 결합 레이저광의 펄스폭을 계측하여 어긋남량 ΔT를 보정할 수 없어도 된다. 그 경우에, ΔT는 미리 정해진 값이어도 된다. 예를 들어, 1개의 펄스 레이저광의 펄스폭이 15㎱이며, ΔT를 10㎱로 했을 때, 결합 레이저광의 펄스폭이 약 55㎱로 될 수 있다. 또한, ΔT를 변경함으로써, 결합 레이저광의 펄스폭을 변경하여도 된다.
4.4 S70의 상세
도 11은, 도 9에 도시된 어긋남량 ΔT의 보정 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다. 도 11에 도시된 처리는, 도 9에 도시된 S70의 서브루틴으로서, 처리부(20b)에 의해 행해져도 된다.
우선, S71에 있어서, 처리부(20b)는, 본 흐름도의 처리를 진행시키기 위한 초깃값을 이하와 같이 설정해도 된다.
N=1
Dsum=0
여기서, N은 카운터의 값이어도 된다. Dsum은, 결합 레이저광의 펄스폭 D의 평균값을 산출하는 과정에서 산출되는 누적값이어도 된다.
다음으로, S72에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 빔 결합된 결합 레이저광의 펄스 파형 데이터를 수신하였는지 여부를 판정해도 된다.
펄스 파형 계측기(6)로부터 펄스 파형의 데이터를 수신하지 않은 경우(S72; 아니오), 처리부(20b)는, 펄스 파형의 데이터를 수신할 때까지 대기해도 된다. 펄스 파형 계측기(6)로부터 펄스 파형의 데이터를 수신한 경우(S72; 예), 처리부(20b)는, 처리를 S73으로 진행시켜도 된다.
S73에 있어서, 처리부(20b)는, 결합 레이저광의 펄스폭 D를 계산해도 된다.
다음으로, S74에 있어서, 처리부(20b)는, 누적값 Dsum의 값을 이하와 같이 갱신해도 된다.
Dsum=Dsum+D
또한, 우변의 Dsum은 현재의 누적값을 나타내고, 좌변의 Dsum은 갱신된 누적값을 나타내도 된다.
다음으로, S75에 있어서, 처리부(20b)는, 카운터 N의 값이 소정값 Nmax 이상인지 여부를 판정해도 된다. Nmax는, 10부터 1000까지의 범위에서 정해진 정수이어도 된다.
카운터 N의 값이 소정값 Nmax 이상이 아닌 경우(S75; 아니오), 처리부(20b)는 처리를 S76으로 진행시켜도 된다. S76에 있어서, 처리부(20b)는, 카운터 N의 값에 1을 더해도 된다. 그 후, 처리부(20b)는, 처리를 전술한 S72로 복귀해도 된다.
카운터 N의 값이 소정값 Nmax 이상으로 된 경우(S75; 예), 처리부(20b)는 처리를 S77로 진행시켜도 된다.
S77에 있어서, 처리부(20b)는 결합 레이저광의 펄스폭 D의 평균값 Dav를 이하와 같이 산출해도 된다.
Dav=Dsum/Nmax
다음으로, S78에 있어서, 처리부(20b)는, 결합 레이저광의 펄스폭 D의 평균값 Dav와, 목표 펄스폭 Dt의 차 ΔD를 이하와 같이 계산해도 된다.
ΔD=Dav-Dt
다음으로, S79에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 내지 제5 출력 타이밍 T1out 내지 T5out의 어긋남량 ΔT를, 이하와 같이 보정해도 된다.
ΔT=ΔT-k·ΔD
여기서, k는, 레이저 장치의 대수로부터 1을 감산한 값의 역수여도 된다. 예를 들어, 5대의 레이저 장치(2a 내지 2e)를 사용하는 경우에, k=1/4여도 된다. 이와 같이 ΔT를 보정함으로써, 결합 레이저광의 펄스폭이 목표 펄스폭 Dt에 근접할 수 있다.
S79의 후, 처리부(20b)는 본 흐름도의 처리를 종료하고, 처리를 도 9의 S90으로 이행시켜도 된다.
이상과 같이 제어함으로써, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 레이저 시스템(5)으로부터의 출력 위치에 있어서 ΔT씩 어긋난 타이밍에 출력될 수 있다. 이와 같이 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 출력 타이밍을 어긋나게 함으로써, 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 결합 레이저광의 펄스폭을 변경해도 된다. 또한, 목표 펄스폭 Dt에 기초하여 ΔT를 피드백 제어함으로써, 결합 레이저광의 펄스폭을 안정화시켜도 된다.
5. 펄스 에너지를 제어하는 레이저 어닐 장치
5.1 구성
도 12는, 본 개시의 제3 실시 형태에 따른 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다. 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)는, 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e)에, 각각 펄스 에너지 제어 신호를 출력할 수 있어도 된다. 펄스 에너지 제어 신호는, 노광 장치 제어부(40)로부터 수신하는 목표 펄스 파형 WT의 데이터에 기초하여 생성되어도 된다. 그 밖의 구성에 대해서는, 제2 실시 형태와 마찬가지여도 된다. 제3 실시 형태에 따른 레이저 어닐 장치로서, 도 6에 도시된 레이저 어닐 장치(1)가 사용되어도 된다.
5.2 메인 플로우
도 13은, 도 12에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 처리부(20b)는, 이하의 처리에 의해, 제1 내지 제5 트리거 타이밍과 제1 내지 제5 펄스 레이저광의 펄스 에너지를 피드백 제어해도 된다.
우선, S10에 있어서, 처리부(20b)는, 목표 펄스 파형 WT의 데이터를 읽어들여도 된다. 목표 펄스 파형 WT의 데이터는, 노광 장치 제어부(40)로부터 수신한 것이어도 된다.
다음으로, S15에 있어서, 처리부(20b)는, 목표 펄스 파형 WT로부터, 몇 가지 목표 파라미터를 계산해도 된다. 목표 파라미터로서, 이하의 것이 계산되어도 된다.
(1) 제1 내지 제5 펄스 레이저광의 펄스 에너지의 목푯값 P1t 내지 P5t
(2) 제1 펄스 레이저광에 대하여 제2 내지 제5 펄스 레이저광이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 타이밍의 어긋남량의 목푯값 ΔT12t 내지 ΔT15t
바람직하게는, 이들 목표 파라미터는, 당해 목표 파라미터에 의해 계산되는 결합 레이저광의 펄스 파형 WS가, 목표 펄스 파형 WT에 가능한 한 근접하는 값이어도 된다.
예를 들어, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 펄스 에너지의 목푯값 P1t 내지 P5t와, 타이밍의 어긋남량의 목푯값 ΔT12t 내지 ΔT15t로부터, 각각의 펄스 레이저광의 예측되는 펄스 파형 W1 내지 W5를 중첩해서 계산되는 결합 레이저광의 펄스 파형 WS를 시뮬레이션해도 된다. 그리고, 이 시뮬레이션에 의해 계산된 펄스 파형 WS와 목표 펄스 파형 WT와의 차의 절댓값을 적분하고, 이 적분값 ΔS1이 최소로 되도록, 상기 파라미터를 구해도 된다.
다음으로, S20에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를, 각각 초깃값 TR1in 내지 TR5in으로 설정해도 된다. S20의 처리는, 도 4를 참조하면서 설명한 S20의 처리와 마찬가지여도 된다.
다음으로, S50b에 있어서, 처리부(20b)는, 제2 내지 제5 펄스 레이저광(22 내지 25)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out와 각각의 목푯값과의 차 T12 내지 T15를 계산해도 된다. 이 처리의 상세에 대해서는, 도 14를 참조하면서 후술한다. 또한, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out의 목푯값은, 제1 펄스 레이저광(21)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍 T1out를 기준으로 하여 계산되어도 된다.
다음으로, S60에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 트리거 타이밍 TR1 내지 TR5를 재설정해도 된다. S60의 처리는, 도 4를 참조하면서 설명한 S60의 처리와 마찬가지여도 된다.
다음으로, S80에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 빔 결합된 결합 레이저광의 펄스 파형 WM과, 목표 펄스 파형 WT를 비교하여, 목표 파라미터를 재설정해도 된다.
바람직하게는, 재설정되는 목표 파라미터는, 펄스 파형 계측기(6)에 의해 계측된 결합 레이저광의 펄스 파형 WM이, 목표 펄스 파형 WT에 가능한 한 근접하는 값이어도 된다.
예를 들어, 목표의 펄스 파형 WT와 계측된 펄스 파형 WM과의 차의 절댓값을 적분하여, 그 적분값 ΔS2가 더 작아지도록, 상기 파라미터의 재설정을 행해도 된다. 그리고, 시뮬레이션에 의해 계산된 펄스 파형 WS와 계측된 펄스 파형 WM이 대략 일치하도록, 전술한 시뮬레이션을 하기 위한 각각의 펄스 레이저광의 예측되는 펄스 파형 W1 내지 W5를 보정해도 된다.
다음으로, S90에 있어서, 처리부(20b)는, 트리거 타이밍과 펄스 에너지의 제어를 중지할지 여부를 판정해도 된다. 제어를 중지하지 않을 경우(S90; 아니오), 처리부(20b)는, 처리를 전술한 S50b로 복귀하여, S50b 내지 S90의 처리를 반복해도 된다. 제어를 중지하는 경우(S90; 예), 처리부(20b)는, 본 흐름도의 처리를 종료해도 된다.
5.3 S50b의 상세
도 14는, 도 13에 도시된 차 T12 내지 T15를 계산하는 처리의 상세를 나타내는 흐름도이다. 도 14에 도시된 처리는, 도 13에 도시된 S50b의 서브루틴으로서, 처리부(20b)에 의해 행해져도 된다.
도 14에 도시된 처리는, S59b에 있어서, 차 T12 내지 T15를 계산할 때의 목푯값이 도 5에 도시된 S59의 처리와 상이해도 된다. 다른 점에 대해서는, 도 14에 도시된 처리는, 도 5에 도시된 처리와 마찬가지여도 된다.
S59b에 있어서, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out의 목푯값은, 제1 출력 타이밍 T1out로부터 각각 어긋남량 ΔT12t 내지 ΔT15t 어긋난 값으로 해도 된다.
도 15는, 제1 내지 제5 출력 타이밍 및 펄스 에너지와, 결합 빔의 펄스 파형과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15A에 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 내지 제5 출력 타이밍이 순서대로 ΔT씩 어긋나 있으며, 또한 제1 내지 제5 펄스 에너지가 따로따로 설정되어도 된다. 이 경우, 도 15A에 실선으로 나타낸 바와 같은 결합 빔의 펄스 파형이 얻어져도 된다.
도 15B에 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 출력 타이밍이 동일하며, 제2 내지 제5 출력 타이밍이 순서대로 ΔT씩 어긋나 있으며, 또한 제1 내지 제5 펄스 에너지가 모두 동일하게 설정되어도 된다. 이 경우, 도 15B에 실선으로 나타낸 바와 같은 결합 빔의 펄스 파형이 얻어져도 된다.
도 15C에 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 출력 타이밍이 동일하고, 제3 및 제4 출력 타이밍이 동일하고, 제2, 제4 및 제5 출력 타이밍이 순서대로 ΔT씩 어긋나 있으며, 또한 제1 내지 제5 펄스 에너지가 모두 동일하게 설정되어도 된다. 이 경우, 도 15C에 실선으로 나타낸 바와 같은 결합 빔의 펄스 파형이 얻어져도 된다.
도 15D에 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 내지 제3 출력 타이밍이 동일하고, 제4 및 제5 출력 타이밍이 동일하며, 또한 제1 내지 제5 펄스 에너지가 모두 동일하게 설정되어도 된다. 이 경우, 도 15D에 실선으로 나타낸 바와 같은 결합 빔의 펄스 파형이 얻어져도 된다.
이상과 같이, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 펄스 에너지의 목푯값 P1t 내지 P5t와, 타이밍의 어긋남량의 목푯값 ΔT12t 내지 ΔT15t를 설정함으로써, 원하는 펄스 파형을 갖는 결합 레이저광을 생성할 수 있다.
6. 광로 길이 조절기를 구비한 레이저 어닐 장치
6.1 구성
도 16은, 본 개시의 제4 실시 형태에 따른 레이저 시스템(5)을 포함하는 레이저 어닐 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸다. 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템(5)은, 복수의 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)를 더 구비해도 된다. 그 밖의 구성에 대해서는, 제2 실시 형태와 마찬가지여도 된다.
복수의 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)는, 복수의 레이저 장치(2a 내지 2e)의 대수에 대응하는 수만큼 설치되어도 된다. 복수의 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)는, 제1 내지 제5 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)를 포함해도 된다.
제1 광로 길이 조절기(7a)는, 제1 레이저 장치(2a)와 타이밍 검출기(32a) 사이의 제1 펄스 레이저광(21)의 광로에 위치해도 된다. 제1 광로 길이 조절기(7a)는, 제1 펄스 레이저광(21)의 광로를 우회시켜서, 제1 펄스 레이저광(21)의 광로 길이를 변경할 수 있는 장치여도 된다. 제1 광로 길이 조절기(7a)는, 레이저 시스템 제어부(20)에 의한 제어에 따라서, 제1 펄스 레이저광(21)의 광로 길이를 변경해도 된다.
도 17에, 제1 광로 길이 조절기(7a)의 구성을 개략적으로 나타낸다. 제1 광로 길이 조절기(7a)는, 직각 프리즘(71)과, 2매의 고반사 미러(72, 73)와, 플레이트(74)와, 플레이트(75)와, 1축 스테이지(76)를 포함해도 된다.
직각 프리즘(71)의 직교하는 제1면(77a)과 제2면(77b)에는, 고반사막이 코팅되어 있어도 된다. 직각 프리즘(71)은, 홀더(77)에 유지되고, 홀더(77)는, 플레이트(74)에 고정되어 있어도 된다. 직각 프리즘(71)은, 제1 펄스 레이저광(21)의 광로에 위치하고 있어도 된다.
2매의 고반사 미러(72, 73)는, 이들 반사면이 직교하도록 홀더(78)에 유지되고, 홀더(78)는 플레이트(75)에 고정되어 있어도 된다. 플레이트(75)는, 1축 스테이지(76)에 고정되어 있어도 된다. 1축 스테이지(76)는, 직각 프리즘(71)의 제1면에 의해 반사된 제1 펄스 레이저광(21)의 광로축과 평행하게, 2매의 고반사 미러(72, 73)를 이동 가능해도 된다.
직각 프리즘(71)의 제1면(77a)에 의해 반사된 제1 펄스 레이저광(21)은 2매의 고반사 미러(72, 73)에 의해 반사되고, 직각 프리즘(71)의 제2면(77b)에 입사해도 된다. 직각 프리즘(71)의 제2면(77b)에 입사한 제1 펄스 레이저광(21)은, 직각 프리즘(71)의 제1면(77a)에 입사한 제1 펄스 레이저광(21)의 광로축의 거의 연장선상에 해당하는 광로축을 따라서, 직각 프리즘(71)의 제2면(77b)으로부터 출사해도 된다.
레이저 시스템 제어부(20)는, 1축 스테이지(76)의 모터(79)를 구동함으로써, 2매의 고반사 미러(72, 73)를 이동시켜도 된다. 2매의 고반사 미러(72, 73)를 거리 X 이동시킴으로써, 제1 펄스 레이저광(21)의 광로 길이를 2X 변화시켜도 된다. 광로 길이를 변화시킴으로써, 제1 펄스 레이저광(21)이 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 타이밍을 제어해도 된다.
제1 내지 제5 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)는, 서로 실질적으로 동일한 구성을 갖고 있어도 된다.
제2 광로 길이 조절기(7b)는, 제2 레이저 장치(2b)와 타이밍 검출기(32b) 사이의 제2 펄스 레이저광(22)의 광로 길이를 변경해도 된다.
제3 광로 길이 조절기(7c)는, 제3 레이저 장치(2c)와 타이밍 검출기(32c) 사이의 제3 펄스 레이저광(23)의 광로 길이를 변경해도 된다.
제4 광로 길이 조절기(7d)는, 제4 레이저 장치(2d)와 타이밍 검출기(32d) 사이의 제4 펄스 레이저광(24)의 광로 길이를 변경해도 된다.
제5 광로 길이 조절기(7e)는, 제5 레이저 장치(2e)와 타이밍 검출기(32e) 사이의 제5 펄스 레이저광(25)의 광로 길이를 변경해도 된다.
도 18은, 도 16에 도시된 레이저 어닐 장치(1)에 포함되는 레이저 시스템 제어부(20)의 블록도이다. 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)에, 각각 제1 내지 제5 광로 길이 설정 신호를 송신해도 된다. 다른 점에 대해서는, 도 7과 마찬가지여도 된다.
6.2 메인 플로우
도 19는, 도 16에 도시된 레이저 시스템 제어부(20)에 있어서의 처리부(20b)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 처리부(20b)는, 이하의 처리에 의해, 제1 내지 제5 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)를 피드백 제어해도 된다.
우선, S20a에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 광로 길이 조절기(7a)에 의해 조정되는 광로 길이 AL1 내지 AL5를, 각각 초깃값 AL1in 내지 AL5in으로 설정해도 된다.
S30 내지 S50a의 처리는, 도 9 및 도 10을 참조하면서 설명한 것과 마찬가지여도 된다.
S60a에 있어서, 처리부(20b)는, 제1 내지 제5 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)에 의해 조정되는 광로 길이 AL1 내지 AL5를 재설정해도 된다. 광로 길이 AL1 내지 AL5는, 제2 내지 제5 출력 타이밍 T2out 내지 T5out와 각각의 목푯값과의 차 T12 내지 T15를 사용해서 이하와 같이 산출되어도 된다.
AL1=AL1
AL2=AL2-T12·c
AL3=AL3-T13·c
AL4=AL4-T14·c
AL5=AL5-T15·c
또한, 우변의 AL1 내지 AL5는 현재 설정되어 있는 광로 길이를 나타내고, 좌변의 AL1 내지 AL5는 새롭게 설정되는 광로 길이를 나타내도 된다.
S70 및 S90의 처리는, 도 9 및 도 11을 참조하면서 설명한 것과 마찬가지여도 된다. 이상과 같이 하여, 결합 레이저광의 펄스폭이 제어되어도 된다.
또한, 제4 실시 형태의 구성을 사용하여, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이, 레이저 시스템(5)으로부터의 출력 위치에 있어서 거의 동시에 출력되도록 해도 된다. 즉, 제1 실시 형태에 있어서, 제1 내지 제5 트리거 신호의 타이밍을 제어하는 대신에, 광로 길이 AL1 내지 AL5를 제어함으로써 레이저 시스템(5)으로부터의 출력 타이밍을 일치시켜도 된다.
또한, 제4 실시 형태에 있어서, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)의 펄스 에너지를 제어해도 된다. 즉, 광로 길이 AL1 내지 AL5를 제어함과 함께, 펄스 에너지를 제어함으로써, 레이저 시스템(5)으로부터 출력되는 결합 레이저광의 펄스 파형을, 목표 펄스 파형 데이터에 근접하도록 해도 된다.
제4 실시 형태에 있어서는, 복수의 타이밍 검출기(32a 내지 32e)가 설치되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 광로 길이 AL1 내지 AL5를 각각 소정값으로 제어한 경우의, 레이저 시스템(5)으로부터 제1 내지 제5 펄스 레이저광이 출력되는 출력 타이밍을 미리 메모리에 기억해 두어도 된다. 이 출력 타이밍에 기초하여, 레이저 시스템(5)으로부터 제1 내지 제5 펄스 레이저광이 출력되는 출력 타이밍의 차가 소정의 값에 근접하도록, 광로 길이 AL1 내지 AL5가 제어되어도 된다.
또한, 제4 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제5 레이저 장치와 각각의 타이밍 검출기(32a 내지 32e) 사이의 광로 위에, 각각, 광로 조절기(7a 내지 7e)를 배치하고 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 광로 조절기(7a 내지 7e)는 타이밍 검출기(32a 내지 32e)와 빔 결합 시스템(3)의 사이에 배치해도 된다. 이 경우에는, 제1 내지 제5 위치(22a∼25a)로부터 레이저 시스템의 출사 위치(26a)까지의 광로 길이 L1 내지 L5는, 광로 길이 조절기(7a 내지 7e)의 광로 길이를 포함하는 값으로 하여도 된다.
7. 기타
7.1 레이저 장치
도 20은, 상기 각 실시 형태에 있어서 사용할 수 있는 레이저 장치의 구성예를 나타낸다. 제1 레이저 장치(2a)는, 마스터 오실레이터 MO와, 증폭기 PA와, 펄스 스트레처(16)와, 펄스 에너지 계측부(17)와, 셔터(18)와, 레이저 제어부(19)를 포함해도 된다. 제2 내지 제5 레이저 장치(2b 내지 2e)의 구성도 마찬가지여도 된다.
마스터 오실레이터 MO는, 레이저 챔버(10)와, 한 쌍의 전극(11a 및 11b)과, 충전기(12)와, 펄스 파워 모듈(PPM)(13)을 포함해도 된다. 마스터 오실레이터 MO는, 또한 고반사 미러(14)와, 출력 결합 미러(15)를 포함해도 된다. 도 21에 있어서는, 레이저광의 진행 방향에 대략 수직인 방향에서 본 레이저 챔버(10)의 내부 구성이 도시되어 있다.
레이저 챔버(10)는, 예를 들어 레어 가스로서 아르곤 또는 크립톤 또는 크세논, 버퍼 가스로서 네온 또는 헬륨, 할로겐 가스로서, 염소 또는 불소 등을 포함하는 레이저 매질로서의 레이저 가스가 봉입되는 챔버여도 된다. 한 쌍의 전극(11a 및 11b)은, 레이저 매질을 방전에 의해 여기하기 위한 전극으로서, 레이저 챔버(10) 내에 배치되어도 된다. 레이저 챔버(10)에는 개구가 형성되고, 이 개구를 전기 절연부(29)가 막고 있어도 된다. 전극(11a)은 전기 절연부(29)에 지지되고, 전극(11b)은 리턴 플레이트(10d)에 지지되어 있어도 된다. 이 리턴 플레이트(10d)는 후술하는 배선(10e와 10f)으로 레이저 챔버(10)의 내면과 접속되어도 된다. 전기 절연부(29)에는, 도전부(29a)가 매립되어 있어도 된다. 도전부(29a)는, 펄스 파워 모듈(13)로부터 공급되는 고전압을 전극(11a)에 인가하는 것이어도 된다.
충전기(12)는, 펄스 파워 모듈(13)의 충전 콘덴서 C0에 소정의 전압으로 충전하는 직류 전원 장치여도 된다. 펄스 파워 모듈(13)은, 레이저 제어부(19)에 의해 제어되는 스위치(13a)를 포함해도 된다. 스위치(13a)가 OFF로부터 ON이 되면, 펄스 파워 모듈(13)은, 충전기(12)에 유지되어 있던 전기 에너지로부터 펄스 형상의 고전압을 생성하고, 이 고전압을 한 쌍의 전극(11a 및 11b) 간에 인가해도 된다.
한 쌍의 전극(11a 및 11b) 간에 고전압이 인가되면, 한 쌍의 전극(11a 및 11b) 간이 절연 파괴되어, 방전이 일어날 수 있다. 이 방전의 에너지에 의해, 레이저 챔버(10) 내의 레이저 매질이 여기되어 고에너지 준위로 이행할 수 있다. 여기된 레이저 매질이, 그 후 저에너지 준위로 이행할 때, 그 에너지 준위 차에 따른 광을 방출할 수 있다.
레이저 챔버(10)의 양단에는 윈도우(10a 및 10b)가 설치되어도 된다. 레이저 챔버(10) 내에서 발생한 광은, 윈도우(10a 및 10b)를 통해 레이저 챔버(10)의 외부로 출사할 수 있다.
고반사 미러(14)는, 레이저 챔버(10)의 윈도우(10a)로부터 출사된 광을 높은 반사율로 반사하여 레이저 챔버(10)로 복귀해도 된다.
출력 결합 미러(15)는, 레이저 챔버(10)의 윈도우(10b)로부터 출력되는 광 중의 일부를 투과시켜서 출력하고, 다른 일부를 반사시켜서 레이저 챔버(10) 내로 복귀해도 된다.
따라서, 고반사 미러(14)와 출력 결합 미러(15)로, 광 공진기가 구성될 수 있다. 레이저 챔버(10)로부터 출사한 광은, 고반사 미러(14)와 출력 결합 미러(15)의 사이에서 왕복하고, 전극(11a)과 전극(11b) 사이의 레이저 게인 공간을 통과할 때마다 증폭될 수 있다. 증폭된 광의 일부가, 출력 결합 미러(15)를 통하여, 펄스 레이저광으로서 출력될 수 있다.
증폭기 PA는, 마스터 오실레이터 MO의 출력 결합 미러(15)로부터 출력된 펄스 레이저광의 광로에 배치되어도 된다. 증폭기 PA는, 마스터 오실레이터 MO와 마찬가지로, 레이저 챔버(10)와, 한 쌍의 전극(11a 및 11b)과, 충전기(12)와, 펄스 파워 모듈(PPM)(13)을 포함해도 된다. 이들 구성은, 마스터 오실레이터에 포함되어 있는 것과 마찬가지여도 된다. 증폭기 PA는, 고반사 미러(14) 또는 출력 결합 미러(15)를 포함하지 않아도 된다. 증폭기 PA의 윈도우(10a)에 입사한 펄스 레이저광은, 전극(11a)과 전극(11b) 사이의 레이저 게인 공간을 1회 통과하여, 윈도우(10b)로부터 출력되어도 된다.
펄스 스트레처(16)는, 증폭기 PA의 윈도우(10b)로부터 출력된 펄스 레이저광의 광로에 배치되어도 된다. 펄스 스트레처(16)는, 빔 스플리터(16a)와, 제1 내지 제4 오목면 미러(16b 내지 16e)를 포함해도 된다.
증폭기 PA로부터 출력된 펄스 레이저광은, 빔 스플리터(16a)의 제1면에 입사해도 된다. 빔 스플리터(16a)는, 제1면에 입사한 펄스 레이저광의 일부를 투과시키고, 다른 일부를 반사해도 된다.
제1 내지 제4 오목면 미러(16b 내지 16e)는, 빔 스플리터(16a)에 의해 반사된 펄스 레이저광을 순차 반사하여, 빔 스플리터(16a)의 제1면과 반대측의 제2면에 입사시켜도 된다. 여기서, 빔 스플리터(16a)의 제1면에 의해 반사된 펄스 레이저광이, 제1 내지 제4 오목면 미러(16b 내지 16e)에 의해, 빔 스플리터(16a)의 제2면에 1:1로 전사되도록, 제1 내지 제4 오목면 미러(16b 내지 16e)가 배치되어도 된다. 빔 스플리터(16a)는, 제2면에 입사한 펄스 레이저광의 적어도 일부를 반사해도 된다. 이에 의해, 제1면에 입사하여 투과한 펄스 레이저광과, 제2면에 입사해서 반사된 펄스 레이저광이 대략 동일한 빔 사이즈와 빔 디버전스로 중첩될 수 있다.
제1면에 입사해서 투과한 펄스 레이저광과, 제2면에 입사해서 반사된 펄스 레이저광의 사이에는, 제1 내지 제4 오목면 미러(16b 내지 16e)에 의해 형성되는 우회 광로의 광로 길이에 따른 시간차가 있어도 된다. 이에 의해, 펄스 스트레처(16)는, 펄스 레이저광의 펄스폭을 신장할 수 있다.
펄스 에너지 계측부(17)는, 펄스 스트레처(16)를 통과한 펄스 레이저광의 광로에 배치되어 있어도 된다. 펄스 에너지 계측부(17)는, 빔 스플리터(17a)와, 집광 광학계(17b)와, 광 센서(17c)를 포함해도 된다.
빔 스플리터(17a)는, 펄스 스트레처(16)를 통과한 펄스 레이저광을 높은 투과율로 셔터(18)를 향해서 투과시킴과 함께, 펄스 레이저광의 일부를 집광 광학계(17b)를 향해서 반사해도 된다. 집광 광학계(17b)는, 빔 스플리터(17a)에 의해 반사된 광을 광 센서(17c)의 수광면에 집광해도 된다. 광 센서(17c)는, 수광면에 집광된 펄스 레이저광의 펄스 에너지를 검출하고, 검출된 펄스 에너지의 데이터를 레이저 제어부(19)로 출력해도 된다.
레이저 제어부(19)는, 전술한 레이저 시스템 제어부(20)의 사이에서 각종 신호를 송수신해도 된다. 예를 들어, 레이저 제어부(19)는, 레이저 시스템 제어부(20)로부터, 제1 트리거 신호, 목표 펄스 에너지의 데이터 등을 수신해도 된다. 또한, 레이저 제어부(19)는, 충전기(12)에 대하여 충전 전압의 설정 신호를 송신하거나, 펄스 파워 모듈(13)에 대하여 스위치 ON 또는 OFF의 지령 신호를 송신하거나 해도 된다.
레이저 제어부(19)는, 펄스 에너지 계측부(17)로부터 펄스 에너지의 데이터를 수신해도 되며, 이 펄스 에너지의 데이터를 참조하여 충전기(12)의 충전 전압을 제어해도 된다. 충전기(12)의 충전 전압을 제어함으로써, 레이저광의 펄스 에너지가 제어되어도 된다.
또한, 레이저 제어부(19)는, 발진 트리거에 대하여 소정의 일정한 시간에 방전시키도록, 설정된 충전 전압값에 따라서, 발진 트리거의 타이밍을 보정해도 된다.
셔터(18)는, 펄스 에너지 계측부(17)의 빔 스플리터(17a)를 투과한 펄스 레이저광의 광로에 배치되어도 된다. 레이저 제어부(19)는, 레이저 발진의 개시 후, 펄스 에너지 계측부(17)로부터 수신하는 펄스 에너지와 목표 펄스 에너지와의 차가 허용 범위 내로 될 때까지의 사이는, 셔터(18)를 폐쇄하도록 제어해도 된다. 레이저 제어부(19)는, 펄스 에너지 계측부(17)로부터 수신하는 펄스 에너지와 목표 펄스 에너지와의 차가 허용 범위 내로 되면, 셔터(18)를 개방하도록 제어해도 된다. 도 1에 도시된 타이밍 검출기(32a) 대신에, 펄스 에너지 계측부(17)의 광 센서(17c)의 출력 신호를 사용해도 된다. 이 신호는 펄스 레이저광(21)의 타이밍을 나타내는 신호로서 레이저 시스템 제어부(20)에 송신되어도 된다.
또한, 도 20에는 레이저 장치가 증폭기 PA와 펄스 스트레처(16)를 포함하는 경우를 나타내었지만, 이것으로 한정되지 않고, 증폭기 PA 또는 펄스 스트레처(16)는 없어도 된다.
또한, 레이저 장치는, 엑시머 레이저 장치로 한정되지 않고, 고체 레이저 장치여도 된다. 예를 들어, YAG 레이저의 제3 고조파 광(355㎚)이나 제4 고조파 광(266㎚)을 발생하는 고체 레이저 장치여도 된다.
도 21은, 도 20에 도시된 펄스 파워 모듈(13)의 구성과, 레이저광의 진행 방향에 대략 평행한 방향에서 본 레이저 챔버(10)의 내부 구성을 나타낸다. 레이저 챔버(10)의 벽면을 포함하는 도전성 부재는, 접지 전위에 접속되어도 된다. 전극(11b)은, 리턴 플레이트(10d)와 배선(10e 및 10f)과 레이저 챔버(10)의 벽면을 개재해서 접지 전위에 접속되어 있어도 된다.
도 1에 도시된 타이밍 검출기(32a) 대신에, 제1 레이저 장치(2a)가, 타이밍 검출기(38)를 포함하고 있어도 된다. 타이밍 검출기(38)는, 마스터 오실레이터 MO의 레이저 챔버(10)에 부착된 윈도우(10c)와, 집광 광학계(38a)와, 광 센서(38b)를 포함해도 된다.
윈도우(10c)는, 한 쌍의 전극(11a 및 11b) 사이의 방전에 의해 발생한 광을 투과시켜도 된다. 집광 광학계(38a)는, 윈도우(10c)를 투과한 광을 광 센서(38b)의 수광면에 집광해도 된다. 광 센서(38b)는, 포토다이오드 또는 광전관을 포함해도 된다. 광 센서(38b)는, 한 쌍의 전극(11a 및 11b) 사이의 방전에 의해 발생한 광을 검출함으로써, 방전의 타이밍을 나타내는 신호를 레이저 시스템 제어부(20)에 송신해도 된다. 그 결과, 레이저 챔버의 방전 타이밍과 펄스 레이저광이 출력되어 제1 위치를 통과하는 타이밍이 대략 동기할 수 있다.
펄스 파워 모듈(13)은, 충전 콘덴서 C0과, 스위치(13a)와, 승압 트랜스 TC1과, 복수의 자기 스위치 Sr1 내지 Sr3과, 복수의 콘덴서 C1, C2, C3을 구비해도 된다.
자기 스위치 Sr1 내지 Sr3은, 모두, 가포화 리액터를 포함해도 된다. 자기 스위치 Sr1 내지 Sr3의 각각은, 그 양단에 인가된 전압의 시간 적분값이, 각 자기 스위치의 특성으로 정해지는 소정의 값이 되었을 때, 저임피던스가 되도록 해도 된다.
충전기(12)에는, 레이저 제어부(19)에 의해 충전 전압 V가 설정되어도 된다. 충전기(12)는, 설정된 충전 전압 V에 기초하여, 충전 콘덴서 C0을 충전해도 된다.
펄스 파워 모듈(13)의 스위치(13a)에는, 레이저 제어부(19)에 의해 트리거 신호가 입력되어도 된다. 트리거 신호가 스위치(13a)에 입력되면, 스위치(13a)가 ON이 되어도 된다. 스위치(13a)가 ON이 되면, 충전 콘덴서 C0으로부터 트랜스 TC1의 1차측으로 전류가 흘러들 수 있다.
트랜스 TC1의 1차측으로 전류가 흘러들면, 전자기 유도에 의해 트랜스 TC1의 2차측으로 역방향의 전류가 흐를 수 있다. 트랜스 TC1의 2차측으로 전류가 흐르면, 결국 자기 스위치 Sr1에 인가되는 전압의 시간 적분값이 임계값에 달할 수 있다.
자기 스위치 Sr1에 인가되는 전압의 시간 적분값이 임계값에 달하면, 자기 스위치 Sr1은 자기 포화한 상태로 되고, 자기 스위치 Sr1은 폐쇄될 수 있다.
자기 스위치 Sr1이 폐쇄되면, 트랜스 TC1의 2차측으로부터 콘덴서 C1에 전류가 흐르고, 콘덴서 C1이 충전될 수 있다.
콘덴서 C1이 충전됨으로써, 결국 자기 스위치 Sr2는 자기 포화한 상태로 되고, 자기 스위치 Sr2는 폐쇄될 수 있다.
자기 스위치 Sr2가 폐쇄되면, 콘덴서 C1로부터 콘덴서 C2로 전류가 흐르고, 콘덴서 C2가 충전될 수 있다. 이때, 콘덴서 C1을 충전할 때의 전류 펄스폭보다도 짧은 펄스폭으로, 콘덴서 C2가 충전되어도 된다.
콘덴서 C2가 충전됨으로써, 결국 자기 스위치 Sr3은 자기 포화한 상태로 되고, 자기 스위치 Sr3은 폐쇄될 수 있다.
자기 스위치 Sr3이 폐쇄되면, 콘덴서 C2로부터 콘덴서 C3으로 전류가 흐르고, 콘덴서 C3이 충전될 수 있다. 이때, 콘덴서 C2를 충전할 때의 전류 펄스폭보다도 짧은 펄스폭으로, 콘덴서 C3이 충전되어도 된다.
이와 같이, 콘덴서 C1로부터 콘덴서 C2, 콘덴서 C2로부터 콘덴서 C3으로 전류가 순차 흐름으로써, 당해 전류의 펄스폭은 압축될 수 있다.
콘덴서 C3의 전압이 레이저 가스의 브레이크다운 전압에 달했을 때, 한 쌍의 전극(11a 및 11b) 간의 레이저 가스에 절연 파괴가 발생해도 된다. 이에 의해, 레이저 가스가 여기되고, 펄스 레이저광이 발생해도 된다. 이와 같은 방전 동작이, 스위치(13a)의 스위칭 동작에 의해 반복됨으로써, 소정의 발진 주파수로, 펄스 레이저광이 출력되어도 된다. 타이밍 검출기로서, 방전 전류를 검출하는 전류계(39)가 사용되어도 된다. 이 전류계(39)는 전류 프로브로서, 방전의 타이밍을 검출해도 된다. 그 결과, 레이저 챔버의 방전 타이밍과 펄스 레이저광이 출력되어 제1 위치를 통과하는 타이밍이 대략 동기할 수 있다.
또한, 도 1의 타이밍 검출기(32a) 대신에, 펄스 에너지 계측부(17) 또는 방전 타이밍을 검출하는 타이밍 검출기(38)를 사용하는 경우에는, 제1 내지 제5 레이저 장치의 구성이 실질적으로 동일한 경우에는, 제1 내지 제5 위치(21a 내지 25a)는, 각각의 레이저 장치의 펄스 레이저광의 출사구의 위치 또는 마스터 오실레이터의 출력 결합 미러(15)의 위치여도 된다.
7.2 플라이 아이 렌즈를 포함하는 빔 결합기
도 22는, 빔 결합기의 다른 예를 나타낸다. 또한, 도 22에 있어서는, 노광 장치(4)에 있는 고반사 미러(41)의 도시를 생략하였다. 빔 결합기(342)는, 플라이 아이 렌즈(342a)와, 콘덴서 광학계(342b)를 포함해도 된다.
플라이 아이 렌즈(342a)는, 예를 들어 합성 석영이나 불화칼슘 기판 등의 자외선을 투과시키는 기판 위에 복수의 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈를 배열해서 형성되어도 된다. 플라이 아이 렌즈(342a)는 입사 광학계(33)로부터 출사된 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)이 겹치는 위치에 배치되어도 된다. 플라이 아이 렌즈(342a)에 포함되는 복수의 렌즈는, 펄스 레이저광의 단면을 따라 배열되어도 된다. 당해 복수의 렌즈의 각각은, 펄스 레이저광의 각 일부를 콘덴서 광학계(342b)를 향해서 투과시킬 때, 당해 각 일부의 빔 폭을 확대시켜도 된다. 이와 같이, 플라이 아이 렌즈(342a)는, 입사한 펄스 레이저광에 대한 2차 광원으로서 다수의 점 광원의 집합을 구성할 수 있다. 플라이 아이 렌즈(342a)는, 다수의 실린드리컬 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈가 직교하도록 가공된 것이어도 된다.
콘덴서 광학계(342b)는, 적어도 1개의 볼록 렌즈를 포함해도 된다. 콘덴서 광학계(342b)는, 플라이 아이 렌즈(342a)의 복수의 렌즈에 의해 각각 확대된 펄스 레이저광의 광로에 걸치는 영역에 배치되어도 된다.
플라이 아이 렌즈(342a)는, 당해 플라이 아이 렌즈(342a)의 복수의 초점의 위치가 콘덴서 광학계(342b)의 전방측 초점면의 위치와 대략 일치하게 배치되어도 된다. 따라서, 플라이 아이 렌즈(342a)의 복수의 렌즈에 의해 각각 확대된 펄스 레이저광이, 콘덴서 광학계(342b)를 투과함으로써 거의 평행광이 되도록 콜리메이트되어도 된다.
콘덴서 광학계(342b)는, 당해 콘덴서 광학계(342b)의 후방측 초점면의 위치가 노광 장치(4)의 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측 면의 위치와 대략 일치하게 배치되어도 된다. 따라서, 콘덴서 광학계(342b)는, 플라이 아이 렌즈(342a)의 복수의 렌즈에 의해 각각 확대된 펄스 레이저광을, 플라이 아이 렌즈(421)의 서로 거의 동일한 영역에 입사시켜도 된다.
그 결과, 노광 장치(4)의 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측 면에 중첩된 펄스 레이저광은, 빔 단면의 광 강도 분포의 변동이 저감된 펄스 레이저광으로 될 수 있다.
7.3 평면경을 사용한 빔 결합기
도 23은, 빔 결합기의 또 다른 예를 나타낸다. 또한, 도 23에 있어서는, 노광 장치(4)에 있는 고반사 미러(41)의 도시를 생략하였다. 빔 결합기(337)는, 제1 직각 프리즘(3371)과, 제2 직각 프리즘(3372)과, 사다리꼴 프리즘(3373)을 포함해도 된다. 또한, 이 빔 결합기(337)와 노광 장치의 플라이 아이 렌즈(421) 사이의 광로에 펄스 파형 계측기(6)를 배치해도 된다.
제1 직각 프리즘(3371)은, 지면에 평행한 면인 저면이 직각삼각형인 삼각기둥 형상으로 형성되어도 된다. 제1 직각 프리즘(3371)의 직각을 이루는 2개의 측면에는, 고반사막이 코팅되어도 된다. 제1 직각 프리즘(3371)의 직각을 이루는 2개의 측면은, 각각 제1 반사면(3371a) 및 제2 반사면(3371b)을 구성할 수 있다.
제1 직각 프리즘(3371)은, 당해 제1 직각 프리즘(3371)의 제1 반사면(3371a)이, 사다리꼴 프리즘(3373)의 후술하는 제1 반사면(3373a)과 평행하게 되도록 배치되어도 된다. 제1 직각 프리즘(3371)은, 당해 제1 직각 프리즘(3371)의 제1 반사면(3371a)이, 제1 펄스 레이저광(21)의 광로축과 45°의 각도를 이루어 교차하도록 배치되어도 된다. 제1 직각 프리즘(3371)은, 당해 제1 직각 프리즘(3371)의 제2 반사면(3371b)이, 제2 펄스 레이저광(22)의 광로축과 45°의 각도를 이루어 교차하도록 배치되어도 된다.
제2 직각 프리즘(3372)은, 지면에 평행한 면인 저면이 직각삼각형인 삼각기둥 형상으로 형성되어도 된다. 제2 직각 프리즘(3372)의 직각을 이루는 2개의 측면에는, 고반사막이 코팅되어도 된다. 제2 직각 프리즘(3372)의 직각을 이루는 2개의 측면은, 각각 제1 반사면(3372a) 및 제2 반사면(3372b)을 구성할 수 있다.
제2 직각 프리즘(3372)은, 당해 제2 직각 프리즘(3372)의 제1 반사면(3372a)이, 사다리꼴 프리즘(3373)의 후술하는 제2 반사면(3373b)과 평행하게 되도록 배치되어도 된다. 제2 직각 프리즘(3372)은, 당해 제2 직각 프리즘(3372)의 제1 반사면(3372a)이, 제4 펄스 레이저광(24)의 광로축과 45°의 각도를 이루어 교차하도록 배치되어도 된다. 제2 직각 프리즘(3372)은, 당해 제2 직각 프리즘(3372)의 제2 반사면(3372b)이, 제5 펄스 레이저광(25)의 광로축과 45°의 각도를 이루어 교차하도록 배치되어도 된다.
사다리꼴 프리즘(3373)은, 예를 들어 합성 석영이나 불화칼슘 등의 자외선을 투과시키는 재료를 사용해서 형성되어도 된다. 사다리꼴 프리즘(3373)은, 지면에 평행한 면인 저면이 사각형인 사각기둥 형상으로 형성되어도 된다. 사다리꼴 프리즘(3373)의 저면은, 2개의 다리가 이루는 각도가 직각인 등각사다리꼴 형상으로 형성되어도 된다. 사다리꼴 프리즘(3373)의 대향하는 2 측면으로서, 서로 평행하지 않은 2 측면에는, 고반사막이 코팅되어도 된다. 사다리꼴 프리즘(3373)의 대향하는 2 측면으로서, 서로 평행하지 않은 2 측면은, 각각 제1 반사면(3373a) 및 제2 반사면(3373b)을 구성할 수 있다. 사다리꼴 프리즘(3373)의 대향하는 2 측면으로서, 서로 평행한 2 측면에는, 반사 방지막이 코팅되어도 된다. 사다리꼴 프리즘(3373)의 대향하는 2 측면으로서, 서로 평행한 2 측면은, 제1 조사면(3373c) 및 제2 조사면(3373d)을 구성할 수 있다.
사다리꼴 프리즘(3373)은, 당해 사다리꼴 프리즘(3373)의 제2 조사면(3373d)이 제3 펄스 레이저광(23)의 광로축과 직교하게 배치되어도 된다.
제1 레이저 장치(2a)로부터 출력된 제1 펄스 레이저광(21)은, 제1 직각 프리즘(3371)의 제1 반사면(3371a)에서 반사되어도 된다. 또한, 제1 펄스 레이저광(21)은, 사다리꼴 프리즘(3373)의 제1 반사면(3373a)에서 반사되고, 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측의 면에 수직으로 입사해도 된다.
제2 레이저 장치(2b)로부터 출력된 제2 펄스 레이저광(22)은, 제1 직각 프리즘(3371)의 제2 반사면(3371b)에서 반사되어도 된다. 또한, 제2 펄스 레이저광(22)은, 사다리꼴 프리즘(3373)의 제1 반사면(3373a)에서 반사되고, 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측의 면에 수직으로 입사해도 된다.
제3 레이저 장치(2c)로부터 출력된 제3 펄스 레이저광(23)은, 사다리꼴 프리즘(3373)의 제2 조사면(3373d)에 입사하고, 내부를 직진해도 된다. 사다리꼴 프리즘(3373)의 내부를 직진한 제3 펄스 레이저광(23)은, 제1 조사면(3373c)으로부터 출사되어, 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측의 면에 수직으로 입사해도 된다.
제4 레이저 장치(2d)로부터 출력된 제4 펄스 레이저광(24)은, 제2 직각 프리즘(3372)의 제1 반사면(3372a)에서 반사되어도 된다. 또한, 제4 펄스 레이저광(24)은, 사다리꼴 프리즘(3373)의 제2 반사면(3373b)에서 반사되고, 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측의 면에 수직으로 입사해도 된다.
제5 레이저 장치(2e)로부터 출력된 제5 펄스 레이저광(25)은, 제2 직각 프리즘(3372)의 제2 반사면(3372b)에서 반사되어도 된다. 또한, 제5 펄스 레이저광(25)은, 사다리꼴 프리즘(3373)의 제2 반사면(3373b)에서 반사되고, 플라이 아이 렌즈(421)의 입사측의 면에 수직으로 입사해도 된다.
이와 같이, 빔 결합기(337)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을, 그들 광로축이 서로 평행하게 되도록 하여, 펄스 파형 계측기(6)에 입사시켜도 된다. 이들 펄스 레이저광(21 내지 25)은, 빔 스플리터(61)에 의해 일부 반사되어서, 집광 광학계(62)를 투과하여, 이 집광 광학계(62)의 초점 위치에 배치된 광 센서(63)의 수광면에 입사할 수 있다. 이상과 같이 펄스 파형 계측기(6)를 배치함으로써, 각각의 펄스 레이저광이 공간적으로 분리되어 있었다고 해도, 결합된 레이저광의 펄스 파형을 계측할 수 있다. 그리고, 빔 스플리터(61)를 투과한 각각의 펄스 레이저광(21 내지 25)은 플라이 아이 렌즈(421)에 입사해도 된다. 즉, 빔 결합기(337)는, 제1 내지 제5 펄스 레이저광(21 내지 25)을 중첩하지 않아도 된다.
또한, 펄스 파형의 계측을 행하지 않는 경우에는, 펄스 파형 계측기(6)를 배치하지 않아도 된다.
8. 제어부의 구성
도 24는, 제어부의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
전술한 실시 형태에 있어서의 레이저 시스템 제어부(20) 등의 제어부는, 컴퓨터나 프로그래머블 컨트롤러 등 범용의 제어 기기에 의해 구성되어도 된다. 예를 들어, 이하와 같이 구성되어도 된다.
(구성)
제어부는, 처리부(1000)와, 처리부(1000)에 접속되는, 스토리지 메모리(1005)와, 유저 인터페이스(1010)와, 패러렐 I/O 컨트롤러(1020)와, 시리얼 I/O 컨트롤러(1030)와, A/D, D/A 컨버터(1040)에 의해 구성되어도 된다. 또한, 처리부(1000)는, CPU(1001)와, CPU(1001)에 접속된, 메모리(1002)와, 타이머(1003)와, GPU(1004)로 구성되어도 된다.
(동작)
처리부(1000)는, 스토리지 메모리(1005)에 기억된 프로그램을 판독해도 된다. 또한, 처리부(1000)는, 판독한 프로그램을 실행하거나, 프로그램의 실행에 따라 스토리지 메모리(1005)로부터 데이터를 판독하거나, 스토리지 메모리(1005)에 데이터를 기억시키거나 해도 된다.
패러렐 I/O 컨트롤러(1020)는, 패러렐 I/O 포트를 통해 통신 가능한 기기(1021 내지 102x)에 접속되어도 된다. 패러렐 I/O 컨트롤러(1020)는, 처리부(1000)가 프로그램을 실행하는 과정에서 행하는 패러렐 I/O 포트를 통한, 디지털 신호에 의한 통신을 제어해도 된다.
시리얼 I/O 컨트롤러(1030)는, 시리얼 I/O 포트를 통해 통신 가능한 기기(1031 내지 103x)에 접속되어도 된다. 시리얼 I/O 컨트롤러(1030)는, 처리부(1000)가 프로그램을 실행하는 과정에서 행하는 시리얼 I/O 포트를 통한, 디지털 신호에 의한 통신을 제어해도 된다.
A/D, D/A 컨버터(1040)는, 아날로그 포트를 통해 통신 가능한 기기(1041 내지 104x)에 접속되어도 된다. A/D, D/A 컨버터(1040)는, 처리부(1000)가 프로그램을 실행하는 과정에서 행하는 아날로그 포트를 통한, 아날로그 신호에 의한 통신을 제어해도 된다.
유저 인터페이스(1010)는, 오퍼레이터가 처리부(1000)에 의한 프로그램의 실행 과정을 표시하거나, 오퍼레이터에 의한 프로그램 실행의 중지나 인터럽트 처리를 처리부(1000)에 행하게 하도록 구성되어도 된다.
처리부(1000)의 CPU(1001)는 프로그램의 연산 처리를 행해도 된다. 메모리(1002)는, CPU(1001)가 프로그램을 실행하는 과정에서, 프로그램의 일시 기억이나, 연산 과정에서의 데이터의 일시 기억을 행해도 된다. 타이머(1003)는, 시각이나 경과 시간을 계측하고, 프로그램의 실행에 따라 CPU(1001)에 시각이나 경과 시간을 출력해도 된다. GPU(1004)는, 처리부(1000)에 화상 데이터가 입력되었을 때, 프로그램의 실행에 따라 화상 데이터를 처리하고, 그 결과를 CPU(1001)로 출력해도 된다.
패러렐 I/O 컨트롤러(1020)에 접속되는, 패러렐 I/O 포트를 통해 통신 가능한 기기(1021 내지 102x)는, 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e), 노광 장치 제어부(40), 다른 제어부 등의 발진 트리거 신호나 통과 타이밍을 나타내는 신호의 수송신에 사용해도 된다.
시리얼 I/O 컨트롤러(1030)에 접속되는, 시리얼 I/O 포트를 통해 통신 가능한 기기(1031 내지 103x)는, 제1 내지 제5 레이저 장치(2a 내지 2e), 노광 장치 제어부(40), 다른 제어부 등의 데이터의 수송신에 사용해도 된다. A/D, D/A 컨버터(1040)에 접속되는, 아날로그 포트를 통해 통신 가능한 기기(1041 내지 104x)는, 펄스 파형 계측기(6) 등의 각종 센서여도 된다.
이상과 같이 구성됨으로써, 제어부는 각 실시 형태에 나타낸 동작을 실현 가능하여도 된다.
상기의 설명은, 제한이 아니라 단순한 예시를 의도한 것이다. 따라서, 첨부의 청구범위를 일탈하지 않고 본 개시의 실시 형태에 변경을 가할 수 있음은, 당업자에게는 명백할 것이다.
본 명세서 및 첨부의 청구범위 전체에서 사용되는 용어는, 「한정적이지 않은」 용어로 해석되어야 한다. 예를 들어, 「포함한다」 또는 「포함된다」라는 용어는, 「포함되는 것으로서 기재된 것으로 한정되지 않는다」라고 해석되어야 한다. 「갖는다」라는 용어는, 「갖는 것으로서 기재된 것으로 한정되지 않는다」라고 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서 및 첨부의 청구범위에 기재되는 수식구 「하나의」는, 「적어도 하나」 또는 「1 또는 그 이상」을 의미한다고 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서,
    상기 타이밍 검출기는, 상기 제1 펄스 레이저광이 제1 위치를 통과하는 제1 통과 타이밍 검출하고, 또한 상기 제2 펄스 레이저광이 제2 위치를 통과하는 제2 통과 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며,
    상기 제어부는, 상기 제1 통과 타이밍 및 상기 제2 통과 타이밍에 기초하여, 상기 제1 레이저 장치가 상기 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 상기 제2 레이저 장치가 상기 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  2. 제1 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서,
    상기 타이밍 검출기는, 상기 제1 레이저 장치가 상기 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 방전 타이밍 검출하고, 또한 상기 제2 레이저 장치가 상기 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 방전 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며,
    상기 제어부는, 상기 제1 방전 타이밍 및 상기 제2 방전 타이밍에 기초하여, 상기 제1 레이저 장치가 상기 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 상기 제2 레이저 장치가 상기 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  3. 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서,
    상기 타이밍 검출기는, 상기 제1 펄스 레이저광이 제1 위치를 통과하는 제1 통과 타이밍을 검출하고, 또한 상기 제2 펄스 레이저광이 제2 위치를 통과하는 제2 통과 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며,
    상기 제1 광로 길이 조절기는, 상기 제1 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 상기 제2 광로 길이 조절기는, 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 통과 타이밍 및 상기 제2 통과 타이밍에 기초하여, 상기 제1 광로 길이 조절기 및 상기 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  4. 제1 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 방전 여기식의 제2 레이저 장치와, 타이밍 검출기와, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서,
    상기 타이밍 검출기는, 상기 제1 레이저 장치가 상기 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 방전 타이밍을 검출하고, 또한 상기 제2 레이저 장치가 상기 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 방전 타이밍을 검출하도록 구성되어 있으며,
    상기 제1 광로 길이 조절기는, 상기 제1 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 상기 제2 광로 길이 조절기는, 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 방전 타이밍 및 상기 제2 방전 타이밍에 기초하여, 상기 제1 광로 길이 조절기 및 상기 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  5. 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서,
    상기 제어부는, 상기 제1 펄스 레이저광이 상기 레이저 시스템으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍과, 상기 제2 펄스 레이저광이 상기 레이저 시스템으로부터 출력되는 제2 출력 타이밍과의 차가 소정의 값에 근접하도록, 상기 제1 레이저 장치가 상기 제1 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제1 트리거 타이밍과, 상기 제2 레이저 장치가 상기 제2 펄스 레이저광을 출력하기 위한 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  6. 제1 펄스 레이저광을 출력하는 제1 레이저 장치와, 제2 펄스 레이저광을 출력하는 제2 레이저 장치와, 제1 광로 길이 조절기 및 제2 광로 길이 조절기와, 제어부를 구비하는 레이저 시스템으로서,
    상기 제1 광로 길이 조절기는, 상기 제1 펄스 레이저광의 광로에 배치되고, 상기 제2 광로 길이 조절기는, 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 펄스 레이저광이 상기 레이저 시스템으로부터 출력되는 제1 출력 타이밍과, 상기 제2 펄스 레이저광이 상기 레이저 시스템으로부터 출력되는 제2 출력 타이밍과의 차가 소정의 값에 근접하도록, 상기 제1 광로 길이 조절기 및 상기 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    빔 결합기를 더 구비하고,
    상기 빔 결합기는, 상기 제1 펄스 레이저광이 제1 방향에 입사하고, 또한 상기 제2 펄스 레이저광이 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향에 입사하는 위치에 배치되어 있으며, 상기 제1 펄스 레이저광과 상기 제2 펄스 레이저광을 제3 방향을 향해 출사하도록 구성된, 레이저 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    빔 결합기를 더 구비하고,
    상기 빔 결합기는, 상기 제1 펄스 레이저광이 제1 방향에 입사하고, 또한 상기 제2 펄스 레이저광이 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향에 입사하는 위치에 배치되어 있으며, 상기 제1 펄스 레이저광과 상기 제2 펄스 레이저광을 제3 방향을 향해 출사하도록 구성된, 레이저 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    펄스 파형 계측기를 더 구비하고,
    상기 펄스 파형 계측기는, 상기 제1 펄스 레이저광 및 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 펄스 파형 계측기에 의해 계측된 펄스 파형에 기초하여, 상기 제1 트리거 타이밍 및 상기 제2 트리거 타이밍을 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    펄스 파형 계측기를 더 구비하고,
    상기 펄스 파형 계측기는, 상기 제1 펄스 레이저광 및 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 펄스 파형 계측기에 의해 계측된 펄스 파형에 기초하여, 상기 제1 광로 길이 조절기 및 상기 제2 광로 길이 조절기를 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  11. 제5항에 있어서,
    펄스 파형 계측기를 더 구비하고,
    상기 펄스 파형 계측기는, 상기 제1 펄스 레이저광 및 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 펄스 파형 계측기에 의해 계측된 펄스 파형에 기초하여, 상기 제1 펄스 레이저광의 펄스 에너지 및 상기 제2 펄스 레이저광의 펄스 에너지를 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
  12. 제6항에 있어서,
    펄스 파형 계측기를 더 구비하고,
    상기 펄스 파형 계측기는, 상기 빔 결합기로부터 상기 제3 방향을 향해 출사된 상기 제1 펄스 레이저광 및 상기 제2 펄스 레이저광의 광로에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 펄스 파형 계측기에 의해 계측된 펄스 파형에 기초하여, 상기 제1 펄스 레이저광의 펄스 에너지 및 상기 제2 펄스 레이저광의 펄스 에너지를 제어하도록 구성된, 레이저 시스템.
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