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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2026009774
(43)【公開日】2026-01-21
(54)【発明の名称】レーザアニールシステム及びレーザアニール方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/268 20060101AFI20260114BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20260114BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20260114BHJP
【ＦＩ】
H01L21/268 T
H01L21/268 G
H01L21/268 J
H01L21/265 602C
H01S3/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024109910
(22)【出願日】2024-07-08
(71)【出願人】
【識別番号】300073919
【氏名又は名称】ギガフォトン株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504145342
【氏名又は名称】国立大学法人九州大学
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲政
(72)【発明者】
【氏名】田中 洋平
(72)【発明者】
【氏名】薮田 久人
(72)【発明者】
【氏名】片山 慶太
【テーマコード（参考）】
5F172
【Ｆターム（参考）】
5F172AD06
5F172EE22
5F172ZZ01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】基板に熱損傷を与えることなく、耐熱性が乏しい材料に対しても、下層の材料や構造に熱影響を避けるアニールシステム及び方法を提供する。
【解決手段】基板上の薄膜にパルスレーザ光を照射することで薄膜をアニールするレーザアニールシステム１０Ａは、パルスレーザ光を出力するレーザ装置１２と、パルスレーザ光を薄膜に照射する光学系である照射光学システム７０と、パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、パルスレーザ光の連続照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、薄膜の同一箇所にパルスレーザ光を照射する制御を行うプロセッサであるレーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８を備える。
【選択図】図７
【解決手段】基板上の薄膜にパルスレーザ光を照射することで薄膜をアニールするレーザアニールシステム１０Ａは、パルスレーザ光を出力するレーザ装置１２と、パルスレーザ光を薄膜に照射する光学系である照射光学システム７０と、パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、パルスレーザ光の連続照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、薄膜の同一箇所にパルスレーザ光を照射する制御を行うプロセッサであるレーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８を備える。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上の薄膜にパルスレーザ光を照射することで前記薄膜をアニールするレーザアニールシステムであって、
前記パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記パルスレーザ光を前記薄膜に照射する光学系と、
前記パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、前記パルスレーザ光の照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、前記薄膜の同一箇所に前記パルスレーザ光を照射する制御を行うプロセッサとを備える、
レーザアニールシステム。
前記パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記パルスレーザ光を前記薄膜に照射する光学系と、
前記パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、前記パルスレーザ光の照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、前記薄膜の同一箇所に前記パルスレーザ光を照射する制御を行うプロセッサとを備える、
レーザアニールシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記薄膜に照射される前記パルスレーザ光のフルエンスは、前記薄膜のアブレーション閾値未満である、
レーザアニールシステム。
前記薄膜に照射される前記パルスレーザ光のフルエンスは、前記薄膜のアブレーション閾値未満である、
レーザアニールシステム。
【請求項3】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記プロセッサは、
前記薄膜に照射される前記パルスレーザ光のフルエンスが前記薄膜のアブレーション閾値未満となるように前記フルエンスを制御する、
レーザアニールシステム。
前記プロセッサは、
前記薄膜に照射される前記パルスレーザ光のフルエンスが前記薄膜のアブレーション閾値未満となるように前記フルエンスを制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項4】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記バースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶化閾値温度を超え、前記バースト期間及び前記抑制期間に亘って前記薄膜と前記基板との界面の温度が前記基板の損傷閾値温度未満に維持されるように、前記バースト照射の照射条件が設定される、
レーザアニールシステム。
前記バースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶化閾値温度を超え、前記バースト期間及び前記抑制期間に亘って前記薄膜と前記基板との界面の温度が前記基板の損傷閾値温度未満に維持されるように、前記バースト照射の照射条件が設定される、
レーザアニールシステム。
【請求項5】
請求項４に記載のレーザアニールシステムであって、
前記照射条件は、前記バースト期間における前記パルスレーザ光のパルスエネルギ、繰り返し周波数、パルス数、前記抑制期間の長さ、及びバースト数のうち少なくとも１つのパラメータを含む、
レーザアニールシステム。
前記照射条件は、前記バースト期間における前記パルスレーザ光のパルスエネルギ、繰り返し周波数、パルス数、前記抑制期間の長さ、及びバースト数のうち少なくとも１つのパラメータを含む、
レーザアニールシステム。
【請求項6】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記プロセッサは、
前記バースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶化閾値温度を超え、前記バースト期間及び前記抑制期間に亘って前記薄膜と前記基板との界面の温度が前記基板の損傷閾値温度未満に維持されるように、前記バースト照射の動作を制御する、
レーザアニールシステム。
前記プロセッサは、
前記バースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶化閾値温度を超え、前記バースト期間及び前記抑制期間に亘って前記薄膜と前記基板との界面の温度が前記基板の損傷閾値温度未満に維持されるように、前記バースト照射の動作を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項7】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記レーザアニールシステムは、前記基板を冷却する冷却機構を備える、
レーザアニールシステム。
前記レーザアニールシステムは、前記基板を冷却する冷却機構を備える、
レーザアニールシステム。
【請求項8】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
複数の前記バースト期間のうち、先頭のバースト期間の前記パルスレーザ光は、他のバースト期間の前記パルスレーザ光よりも高いパルスエネルギ、高い繰り返し周波数、又は多いパルス数で照射される、
レーザアニールシステム。
複数の前記バースト期間のうち、先頭のバースト期間の前記パルスレーザ光は、他のバースト期間の前記パルスレーザ光よりも高いパルスエネルギ、高い繰り返し周波数、又は多いパルス数で照射される、
レーザアニールシステム。
【請求項9】
請求項８に記載のレーザアニールシステムであって、
複数の前記抑制期間のうち、前記先頭のバースト期間の直後の抑制期間は、前記他の抑制期間よりも長い、
レーザアニールシステム。
複数の前記抑制期間のうち、前記先頭のバースト期間の直後の抑制期間は、前記他の抑制期間よりも長い、
レーザアニールシステム。
【請求項10】
請求項８に記載のレーザアニールシステムであって、
前記先頭のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶核生成閾値温度を超え、前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記結晶核生成閾値温度未満に維持され、かつ前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶成長閾値温度を超えるように、前記バースト照射の照射条件が設定される、
レーザアニールシステム。
前記先頭のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶核生成閾値温度を超え、前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記結晶核生成閾値温度未満に維持され、かつ前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶成長閾値温度を超えるように、前記バースト照射の照射条件が設定される、
レーザアニールシステム。
【請求項11】
請求項８に記載のレーザアニールシステムであって、
前記プロセッサは、
前記先頭のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶核生成閾値温度を超え、前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記結晶核生成閾値温度未満に維持され、かつ前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶成長閾値温度を超えるように、前記バースト照射の動作を制御する、
レーザアニールシステム。
前記プロセッサは、
前記先頭のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶核生成閾値温度を超え、前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記結晶核生成閾値温度未満に維持され、かつ前記他のバースト期間中に前記薄膜の表面温度が前記薄膜の結晶成長閾値温度を超えるように、前記バースト照射の動作を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項12】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記抑制期間は、前記パルスレーザ光の照射を止める休止期間、又は前記バースト期間よりも低いパルスエネルギのパルスレーザ光が照射される低出力期間である、
レーザアニールシステム。
前記抑制期間は、前記パルスレーザ光の照射を止める休止期間、又は前記バースト期間よりも低いパルスエネルギのパルスレーザ光が照射される低出力期間である、
レーザアニールシステム。
【請求項13】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記基板をロールトゥロール方式により搬送する搬送機構を備え、
前記搬送機構により前記基板を移動しながら前記薄膜が成膜された被照射物に前記バースト照射を行う、
レーザアニールシステム。
前記基板をロールトゥロール方式により搬送する搬送機構を備え、
前記搬送機構により前記基板を移動しながら前記薄膜が成膜された被照射物に前記バースト照射を行う、
レーザアニールシステム。
【請求項14】
請求項１３に記載のレーザアニールシステムであって、
前記被照射物に前記パルスレーザ光を照射する複数の照射エリアが前記被照射物の移動方向に沿って所定間隔で配置されている、
レーザアニールシステム。
前記被照射物に前記パルスレーザ光を照射する複数の照射エリアが前記被照射物の移動方向に沿って所定間隔で配置されている、
レーザアニールシステム。
【請求項15】
請求項１４に記載のレーザアニールシステムであって、
前記プロセッサは、前記被照射物の移動速度、前記照射エリアの幅、及び前記パルスレーザ光の繰り返し周波数から前記同一箇所あたりの照射回数を制御する、
レーザアニールシステム。
前記プロセッサは、前記被照射物の移動速度、前記照射エリアの幅、及び前記パルスレーザ光の繰り返し周波数から前記同一箇所あたりの照射回数を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項16】
請求項１４に記載のレーザアニールシステムであって、
前記レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を前記複数の照射エリアに分配するビームスプリッタを備える、
レーザアニールシステム。
前記レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を前記複数の照射エリアに分配するビームスプリッタを備える、
レーザアニールシステム。
【請求項17】
請求項１４に記載のレーザアニールシステムであって、
前記プロセッサは、前記複数の照射エリアのうち、上流側の照射エリアにおける前記パルスレーザ光の照射によって、前記薄膜の表面温度が結晶核生成閾値温度以上になるように照射条件を調整する、
レーザアニールシステム。
前記プロセッサは、前記複数の照射エリアのうち、上流側の照射エリアにおける前記パルスレーザ光の照射によって、前記薄膜の表面温度が結晶核生成閾値温度以上になるように照射条件を調整する、
レーザアニールシステム。
【請求項18】
請求項１７に記載のレーザアニールシステムであって、
前記プロセッサは、前記上流側の照射エリア以外の照射エリアにおける前記パルスレーザ光の照射によって、前記薄膜の表面温度が結晶成長閾値温度以上になり、かつ前記結晶核生成閾値温度未満の状態が維持されるように照射条件を調整する、
レーザアニールシステム。
前記プロセッサは、前記上流側の照射エリア以外の照射エリアにおける前記パルスレーザ光の照射によって、前記薄膜の表面温度が結晶成長閾値温度以上になり、かつ前記結晶核生成閾値温度未満の状態が維持されるように照射条件を調整する、
レーザアニールシステム。
【請求項19】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記レーザアニールシステムは、複数の前記レーザ装置を備え、
前記プロセッサは、複数の前記レーザ装置による各パルスレーザ光の出力タイミングを遅延させる制御を行う、
レーザアニールシステム。
前記レーザアニールシステムは、複数の前記レーザ装置を備え、
前記プロセッサは、複数の前記レーザ装置による各パルスレーザ光の出力タイミングを遅延させる制御を行う、
レーザアニールシステム。
【請求項20】
基板上の薄膜にパルスレーザ光を照射することで前記薄膜をアニールするレーザアニール方法であって、
レーザ装置から前記パルスレーザ光を前記レーザ装置が出力することと、
前記パルスレーザ光を光学系によって前記薄膜に照射することと、
前記パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、前記パルスレーザ光の照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、前記薄膜の同一箇所に前記パルスレーザ光を照射することとを含む、
レーザアニール方法。
レーザ装置から前記パルスレーザ光を前記レーザ装置が出力することと、
前記パルスレーザ光を光学系によって前記薄膜に照射することと、
前記パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、前記パルスレーザ光の照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、前記薄膜の同一箇所に前記パルスレーザ光を照射することとを含む、
レーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザアニールシステム及びレーザアニール方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガラス基板を用いたフラットパネルディスプレイや太陽電池、透明電極膜には酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide:ＩＴＯ）が用いられている。このＩＴＯは、熱処理（アニール）を行うことでアモルファス状態から結晶化が起こり、電極としての電気伝導性及びキャリア移動度が向上する。
【0003】
透明電極膜は、より高機能なデバイスを実現する光集積素子への適用も期待されている。光集積素子は、集積回路デバイスの最上層にセンサや増幅回路、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）回路などの能動素子を形成することにより実現される。そのため、より高品質な透明電極膜を製造する技術が求められている。
【0004】
さらに、情報端末機器の多様化にともない、小型・軽量で消費電力が少なく自由に折り曲げが可能なフレキシブルディスプレイやフレキシブルコンピュータ、フレキシブル太陽電池に対する要求が高まりつつある。そのため、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）などのプラスティック基板上に高品質な透明電極膜を形成する技術の確立が求められている。
【0005】
ガラス基板上、集積回路上、あるいはプラスティック基板上に高品質な透明電極薄膜を形成するためには、これらの基板に熱損傷を与えることなく透明電極膜の結晶化を行う必要がある。ディスプレイに用いられるガラス基板では４００℃であるのに対して、集積回路、プラスティック基板であるＰＥＴでは１５０℃以下のプロセス温度が求められている。
【0006】
また、磁気センサ素子などに用いられる金属膜の合金化においても、磁気シールド基板の上に金属材料薄膜を形成し、アニールが行われている。この磁気シールド基板も耐熱性が乏しい材料もあるため、上層の合金化をさせたい表層だけを加熱する必要がある。
【0007】
透明電極や磁気センサ素子以外にも、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）の電極配線の低抵抗化や半導体のプロセスにおいての結晶回復、ドーパントの拡散にアニールが用いられ、下層の材料や構造によっては熱影響を避けたい工程がある。
【0008】
下地基板に熱損傷を与えることなく表層だけをアニールする技術としてレーザアニール法が用いられている。この方法では、熱拡散による基板への損傷を抑制するため、上層の半導体薄膜で吸収されるパルス紫外レーザ光が用いられる。
【0009】
半導体薄膜がシリコンである場合には、波長３５１ｎｍのＸｅＦエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどが用いられる。これら紫外領域のガスレーザは、固体レーザと比較してレーザ光の干渉性が低く、レーザ光照射面でのエネルギ均一性に優れ、高いパルスエネルギで広い領域を均一にアニールできるという特徴を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０２０－２０２２４２号公報
【特許文献2】米国特許出願公開第２０２２／００７２６６３号
【概要】
【0011】
本開示の１つの観点に係るレーザアニールシステムは、基板上の薄膜にパルスレーザ光を照射することで薄膜をアニールするレーザアニールシステムであって、パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、パルスレーザ光を薄膜に照射する光学系と、パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、パルスレーザ光の照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、薄膜の同一箇所にパルスレーザ光を照射する制御を行うプロセッサとを備える。
【0012】
本開示の他の１つの観点に係るレーザアニール方法は、基板上の薄膜にパルスレーザ光を照射することで薄膜をアニールするレーザアニール方法であって、レーザ装置からパルスレーザ光をレーザ装置が出力することと、パルスレーザ光を光学系によって薄膜に照射することと、パルスレーザ光を連続照射するバースト期間と、パルスレーザ光の照射を抑制する抑制期間とを繰り返すバースト照射を行うことにより、薄膜の同一箇所にパルスレーザ光を照射することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【実施形態】
【0014】
－目次－
１．用語の説明
２．レーザアニールシステムの例
２．１ 構成
２．２ 動作
３．課題１
４．実施形態１
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
４．４ 実施形態１の変形例１
４．４．１ 構成
４．４．２ 動作
４．４．３ 作用・効果
４．５ 実施形態１の変形例２
４．５．１ 構成
４．５．２ 動作
４．５．３ 作用・効果
５．課題２
６．実施形態２
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
６．４ 実施形態２の変形例１
６．５ 実施形態２の変形例２
６．６ その他
７．実施形態３
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 搬送機構の例
７．４ 作用・効果
７．５ 実施形態３の変形例１
７．５．１ 構成
７．５．２ 動作
７．５．３ 作用・効果
７．６ 実施形態３の変形例２
７．６．１ 構成
７．６．２ 動作
７．６．３ 作用・効果
８．実施形態４
８．１ 構成
８．２ 動作
８．３ 作用・効果
９．ＩＴＯ薄膜以外の他の用途について
１０．プロセッサについて
１１．その他
１．用語の説明
２．レーザアニールシステムの例
２．１ 構成
２．２ 動作
３．課題１
４．実施形態１
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
４．４ 実施形態１の変形例１
４．４．１ 構成
４．４．２ 動作
４．４．３ 作用・効果
４．５ 実施形態１の変形例２
４．５．１ 構成
４．５．２ 動作
４．５．３ 作用・効果
５．課題２
６．実施形態２
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
６．４ 実施形態２の変形例１
６．５ 実施形態２の変形例２
６．６ その他
７．実施形態３
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 搬送機構の例
７．４ 作用・効果
７．５ 実施形態３の変形例１
７．５．１ 構成
７．５．２ 動作
７．５．３ 作用・効果
７．６ 実施形態３の変形例２
７．６．１ 構成
７．６．２ 動作
７．６．３ 作用・効果
８．実施形態４
８．１ 構成
８．２ 動作
８．３ 作用・効果
９．ＩＴＯ薄膜以外の他の用途について
１０．プロセッサについて
１１．その他
【0015】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【0016】
１．用語の説明
図１は、レーザ装置のバースト動作の例を示すグラフである。レーザ装置は、バースト動作によってパルスレーザ光を出力することがある。バースト動作とは、ある期間一定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を連続出力するバースト期間と、所定の期間パルスレーザ光を出力しない休止期間とを繰り返す動作である。バースト期間中は、レーザ装置からパルスレーザ光が出力される。休止期間中は、パルスレーザ光の出力が停止される。
図１は、レーザ装置のバースト動作の例を示すグラフである。レーザ装置は、バースト動作によってパルスレーザ光を出力することがある。バースト動作とは、ある期間一定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を連続出力するバースト期間と、所定の期間パルスレーザ光を出力しない休止期間とを繰り返す動作である。バースト期間中は、レーザ装置からパルスレーザ光が出力される。休止期間中は、パルスレーザ光の出力が停止される。
【0017】
バースト期間と休止期間の繰り返しパターンであるバーストパターンは、バースト期間のパルスエネルギ、繰り返し周波数、パルス数と休止期間の長さ、及びバースト数のうちいずれか、又はこれらのうちの複数を含んだデータによって定義される。バーストパターンは、露光機や加工機などの外部装置によって指示される。
【0018】
バースト信号は、バースト期間中にＯＮ、休止期間中にＯＦＦとする信号であって、バースト動作を指定する信号である。
【0019】
２．レーザアニールシステムの例
２．１ 構成
図２は、例示的なレーザアニールシステム１０の構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０は、レーザ装置１２と、光路管１３と、レーザアニール装置１４とを含む。
２．１ 構成
図２は、例示的なレーザアニールシステム１０の構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０は、レーザ装置１２と、光路管１３と、レーザアニール装置１４とを含む。
【0020】
レーザ装置１２は、紫外線のパルスレーザ光を出力するレーザ装置である。例えば、レーザ装置１２は、Ｆ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、又はＸｅＦをレーザ媒質とする放電励起式レーザ装置であってよい。あるいは、レーザ装置１２は、紫外波長を出力する固体レーザ装置であってもよい。
【0021】
レーザ装置１２は、発振器２０と、モニタモジュール２４と、シャッタ２６と、レーザ制御プロセッサ２８とを含む。
【0022】
発振器２０は、チャンバ３０と、光共振器３２と、充電器３６と、パルスパワーモジュル（ＰＰＭ）３８とを含む。
【0023】
チャンバ３０には、エキシマレーザガスが封入される。チャンバ３０は、一対の電極４３、４４と、絶縁部材４５と、ウインドウ４７、４８とを含む。
【0024】
光共振器３２は、リアミラー３３と出力結合ミラー（Output Coupler：ＯＣ）３４とで構成される。リアミラー３３とＯＣ３４とのそれぞれは、平面基板に高反射膜と部分反射膜とがコートされる。チャンバ３０は、光共振器３２の光路上に配置される。
【0025】
ＰＰＭ３８は、スイッチ３９と不図示の充電コンデンサとを含む。スイッチ３９は、レーザ制御プロセッサ２８からの制御信号を伝送する信号ラインと接続される。
【0026】
充電器３６は、ＰＰＭ３８の充電コンデンサと接続される。充電器３６は、レーザ制御プロセッサ２８から充電電圧のデータを受信し、ＰＰＭ３８の充電コンデンサを充電する。
【0027】
モニタモジュール２４は、ビームスプリッタ５０と、光センサ５２とを含む。
【0028】
シャッタ２６は、モニタモジュール２４から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置される。パルスレーザ光の光路は、不図示の筐体及び光路管１３によってシールされ、Ｎ2ガスなどの不活性ガスでパージされていてもよい。
【0029】
光路管１３は、レーザ装置１２のパルスレーザ光の出射口とレーザアニール装置１４の入射口との間のパルスレーザ光の光路を覆うカバーである。
【0030】
レーザアニール装置１４は、照射光学システム７０と、フレーム７２と、ＸＹＺステージ７４と、テーブル７６と、レーザアニール制御プロセッサ１００とを含む。
【0031】
照射光学システム７０は、高反射ミラー１１１、１１２、１１３と、アッテネータ１２０と、照明光学系１３０と、マスク１４０と、投影光学系１４２と、ウインドウ１４６と、筐体１５０とを含む。照射光学システム７０は、本開示における「光学系」の一例である。
【0032】
高反射ミラー１１１は、光路管１３を通過したパルスレーザ光がアッテネータ１２０を通過して高反射ミラー１１２に入射するように配置される。
【0033】
アッテネータ１２０は、高反射ミラー１１１と高反射ミラー１１２との間の光路上に配置される。アッテネータ１２０は、２枚の部分反射ミラー１２１、１２２とそれぞれのミラーへの入射角を可変とする回転ステージ１２３、１２４とを含む。
【0034】
高反射ミラー１１２は、アッテネータ１２０を通過したパルスレーザ光が高反射ミラー１１３に入射するように配置される。高反射ミラー１１３は、入射したパルスレーザ光が照明光学系１３０のフライアイレンズ１３４に入射するように配置される。
【0035】
照明光学系１３０は、フライアイレンズ１３４と、コンデンサレンズ１３６とを含む。照明光学系１３０は、マスク１４０上を矩形ビームでケーラ照明するように配置される。矩形ビームとは、ビーム内の光強度分布が均一化された矩形状のビームをいう。
【0036】
フライアイレンズ１３４は、例えば、フライアイレンズ１３４の焦点面とコンデンサレンズ１３６の前側焦点面とが一致するように配置される。コンデンサレンズ１３６は、コンデンサレンズ１３６の後側焦点面とマスク１４０の位置とが一致するように配置される。
【0037】
マスク１４０は、例えば、紫外光を透過する合成石英基板に、金属又は誘電体多層膜のパターンが形成されたフォトマスクである。マスク１４０は、例えばラインアンドスペースのパターンが形成されている。
【0038】
投影光学系１４２は、ウインドウ１４６を介して、マスク１４０の像が被照射物１６０の表面で結像するように配置される。投影光学系１４２は、複数のレンズ１４３、１４４の組合せレンズであって、縮小投影光学系であってもよい。
【0039】
ウインドウ１４６は、投影光学系１４２と、被照射物１６０との間のパルスレーザ光路上に配置される。ウインドウ１４６は、筐体１５０に設けられた穴に、不図示のＯリングなどを介して配置される。ウインドウ１４６は、エキシマレーザ光を透過するＣａＦ2結晶や合成石英基板であって、両面に反射抑制膜がコートされていてもよい。
【0040】
筐体１５０には、Ｎ2ガスの入口１５２と出口１５４とが配置されている。入口１５２には、不図示の配管を介してＮ2ガス供給源が接続される。筐体１５０は、筐体１５０内に外気が混入するのを抑制するようにＯリングなどによってシールされていてもよい。
【0041】
フレーム７２には、照射光学システム７０とＸＹＺステージ７４とが固定される。ＸＹＺステージ７４の上にテーブル７６が固定される。被照射物１６０は、テーブル７６上に固定される。テーブル７６は被照射物１６０を載置する載置台の一例である。
【0042】
被照射物１６０は、例えば、基板上にａ－ＩＴＯ薄膜がコートされたＰＥＴ基板であってもよい。
【0043】
２．２ 動作
レーザアニール制御プロセッサ１００は、レーザアニール時の照射条件パラメータを読込む。具体的には、レーザアニール制御プロセッサ１００は、レーザアニールを行う際の目標のフルエンスＦａ、目標パルスエネルギＥｔ、照射パルス数Ｎａ、繰り返し周波数ｆａを読込む。
レーザアニール制御プロセッサ１００は、レーザアニール時の照射条件パラメータを読込む。具体的には、レーザアニール制御プロセッサ１００は、レーザアニールを行う際の目標のフルエンスＦａ、目標パルスエネルギＥｔ、照射パルス数Ｎａ、繰り返し周波数ｆａを読込む。
【0044】
レーザアニール制御プロセッサ１００は、目標パルスエネルギＥｔをレーザ制御プロセッサ２８に送信し、照射パルス数Ｎａと繰り返し周波数ｆａとに応じた発光トリガＴｒ１をレーザ制御プロセッサ２８に送信する。
【0045】
レーザ制御プロセッサ２８は、目標パルスエネルギＥｔをレーザアニール制御プロセッサ１００から受信する。
【0046】
レーザ制御プロセッサ２８は、繰り返し周波数ｆａの発光トリガＴｒ１を受信し、発振器２０が繰り返し周波数ｆａで発振するように制御する。
【0047】
発振器２０から出力されたパルスレーザ光は、モニタモジュール２４のビームスプリッタ５０によってサンプルされ、光センサ５２によってパルスエネルギＥが計測される。レーザ制御プロセッサ２８は、パルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥが０に近づくように、充電器３６の充電電圧を制御する。
【0048】
モニタモジュール２４のビームスプリッタ５０を透過したパルスレーザ光は、光路管１３を介してレーザアニール装置１４に入射する。
【0049】
レーザアニール装置１４に入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー１１１によって反射され、アッテネータ１２０を通過して減光され、高反射ミラー１１２によって反射される。この際、レーザアニール制御プロセッサ１００は被照射物１６０の表面（マスク１４０の像）の位置でのフルエンスが目標のフルエンスＦａとなるように、２つの部分反射ミラー１２１、１２２の入射角度をそれぞれの回転ステージ１２３、１２４によって制御する。
【0050】
高反射ミラー１１２及び高反射ミラー１１３を高反射したパルスレーザ光は、照明光学系１３０によって光強度が空間的に均一化されてマスク１４０上を照明する。
【0051】
マスク１４０を透過したパルスレーザ光は、投影光学系１４２によって、被照射物１６０の表面に投影される。
【0052】
レーザアニール制御プロセッサ１００は、投影光学系１４２によって転写されるマスク１４０の像が適切な位置に投影されるようにＸＹＺステージ７４を制御する。
【0053】
パルスレーザ光は、投影光学系１４２を通過して転写結像した領域の被照射物１６０に照射される。その結果、被照射物１６０の表面でパルスレーザ光が照射された部分がアニールされる。
【0054】
エキシマレーザは、照射した材料の比較的浅い表面を効率的に加熱できる。このため、レーザ装置１２を用いたレーザアニール処理によれば、耐熱温度の低い基板に生成されたＩＴＯ等の薄膜を、基板への影響を抑制して多結晶化できる。
【0055】
３．課題１
以下、ＩＴＯ薄膜を例に具体的に説明する。レーザアニールの分野では、加工時間を短くし、単位時間当たりの加工量（スループット）を向上させることが要求されている。かかる要求に応えるために、レーザフルエンスを上げる方法が考えられる。しかし、レーザフルエンスを上げると、ＩＴＯ薄膜自体がレーザアブレーションしてしまうことがある。ＩＴＯ薄膜がアブレーションに伴う損傷によって導電性だけでなく透明性も保てなくなる場合がある。したがって、レーザフルエンスは、ＩＴＯ薄膜がレーザアブレーションを生じない値に制限される。
以下、ＩＴＯ薄膜を例に具体的に説明する。レーザアニールの分野では、加工時間を短くし、単位時間当たりの加工量（スループット）を向上させることが要求されている。かかる要求に応えるために、レーザフルエンスを上げる方法が考えられる。しかし、レーザフルエンスを上げると、ＩＴＯ薄膜自体がレーザアブレーションしてしまうことがある。ＩＴＯ薄膜がアブレーションに伴う損傷によって導電性だけでなく透明性も保てなくなる場合がある。したがって、レーザフルエンスは、ＩＴＯ薄膜がレーザアブレーションを生じない値に制限される。
【0056】
図３は、比較例１に係るレーザアニール処理においてＩＴＯ薄膜に照射されるパルスレーザ光のパルスエネルギと、レーザ照射に伴うＩＴＯ薄膜の表面近傍の温度の推移とを示すグラフである。比較例とは、出願人のみによって知られていると出願人が認識している形態であって、出願人が自認している公知例ではない。
【0057】
図３には、複数のパルスレーザ光を所定の時間間隔で間欠的に照射する場合の例が示されており、図３では３パルス分が図示されている。図３の縦軸はパルスエネルギ又は温度を表し、横軸は時間を表す。ＩＴＯ薄膜の表面近傍の温度Ｈｓ（以下、薄膜表面温度Ｈｓという。）が実線で示され、パルスレーザ光のパルスエネルギがハッチングされたブロックで模式的に示されている。
【0058】
アモルファス状態のＩＴＯ薄膜をレーザアニールによって結晶化させるには、ＩＴＯ薄膜の薄膜表面温度Ｈｓを結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上の温度に上昇させる必要があり、そのためにパルスレーザ光のパルスエネルギはある程度の大きさが必要である。結晶化閾値温度Ｈｃｚは結晶化が起こる温度であり、結晶化温度と同義である。
【0059】
その一方で、ＩＴＯ薄膜のアブレーション閾値を超える高フルエンスのパルスレーザ光が照射されると、ＩＴＯ薄膜自体がアブレーションを引き起こす。そのため、パルスレーザ光のフルエンスはアブレーション閾値未満の値に制限される。アブレーション閾値とは、レーザアブレーションが発生するレーザフルエンスの下限値である。
【0060】
図３のように、ＩＴＯ薄膜に照射されるパルスレーザ光のパルスエネルギは、レーザアブレーションが発生しない閾値エネルギＥａｂ未満の値に設定される。閾値エネルギＥａｂは、アブレーション閾値をエネルギに換算した値に相当する。
【0061】
すなわち、図３に示す比較例１に係るレーザアニール処理では、パルスレーザ光のパルスエネルギを程よく調整して、各パルスの持続時間内で、薄膜表面温度Ｈｓを結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上の温度に上昇させ、かつ、レーザアブレーションしないフルエンスの条件でレーザ照射が行われる。
【0062】
一方、スループットを向上させる他の方法としてレーザ照射の高繰り返し化が考えられる。図４にその例を示す。図４は、比較例２に係るレーザアニール処理においてＩＴＯ薄膜に照射されるパルスレーザ光のパルスエネルギと、レーザ照射に伴う薄膜表面温度Ｈｓの推移と、ＩＴＯ薄膜と基板との界面の温度Ｈｉ（以下、界面温度Ｈｉという。）の推移との例を示すグラフである。界面温度Ｈｉは、ＩＴＯ薄膜と基板との界面近傍の基板温度と理解してもよい。
【0063】
図４には、パルスレーザ光を所定繰り返し周波数で所定期間照射する場合の例が示されている。図４の縦軸はパルスエネルギ又は温度を表し、横軸は時間を表す。図４のように、ＩＴＯ薄膜に照射するパルスレーザ光を高繰り返し化すると、ＩＴＯ薄膜に熱が蓄積し、薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上の状態で長く維持されることがある。この状態が続くと、結晶核が生成され続け、最終的な結晶粒が小さくなってしまう。
【0064】
また、高繰り返し化による蓄熱効果は、ＩＴＯ薄膜の表面近傍だけでなく、ＩＴＯ薄膜と基板と界面への熱の侵襲を発生させる。蓄熱が続いた場合、界面温度Ｈｉが基板の損傷閾値温度Ｈｂｄを超えることがあり、基板損傷の原因となっていた。損傷閾値温度Ｈｂｄは、基板がこの温度を超えると表面荒れや薄膜剥離等の不可逆的な損傷を受ける温度であって材料によって異なる。
【0065】
したがって、フルエンスに加えてパルスレーザ光の繰り返し周波数も制限され、結晶化までの到達照射回数が非常に多くなっていた。
【0066】
以上のように、ＩＴＯ薄膜やＩＧＺＯ膜などの薄膜をレーザアニールによって多結晶化する場合、スループットが制限されていた。特に、基板がＰＥＴ樹脂やポリカーボネート（Polycarbonate:ＰＣ）など耐熱温度の低い材料である場合、その影響は顕著であった。
【0067】
このため、結晶成長を阻害せず、基板損傷も抑制しながらスループットを向上させるレーザアニール処理技術が求められていた。
【0068】
４．実施形態１
４．１ 構成
実施形態１に係るレーザアニールシステムの装置構成は、図２に示したレーザアニールシステム１０と同様である。以下、実施形態１の説明において、図２に示す構成と同一の参照符号を用いる。
４．１ 構成
実施形態１に係るレーザアニールシステムの装置構成は、図２に示したレーザアニールシステム１０と同様である。以下、実施形態１の説明において、図２に示す構成と同一の参照符号を用いる。
【0069】
実施形態１に係るレーザアニールシステム１０では、パルスレーザ光を所定繰り返し周波数で所定時間照射する代わりに、図５に示すように、バースト期間Ｐｂと休止期間Ｐｓとを繰り返すバースト照射を行う。レーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８は、バースト動作の、バースト期間における繰り返し周波数、パルスエネルギ及びパルス数、さらに休止期間の長さを調整することにより、被照射物１６への入熱を制御する。
【0070】
すなわち、レーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８は、ＩＴＯ薄膜表面については結晶化閾値温度Ｈｃｚを超える温度の状態をなるべく維持しながらも、ＩＴＯ薄膜と基板との界面を含む基板近傍は、損傷閾値温度Ｈｂｄを下回る温度が維持されるように、被照射物１６０に対する蓄熱を制御する。
【0071】
蓄熱の制御に関連するバースト照射の照射条件パラメータは、薄膜及び基板のそれぞれの材料や厚みによって調整される。レーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８は本開示におけるプロセッサの一例である。
【0072】
また、レーザアニールシステム１０において、補助的に基板下面に冷却機構を設けることで、厚さ方向の温度差による基板へのダメージの軽減が可能である。
【0073】
４．２ 動作
実施形態１に係るレーザアニールシステム１０の動作について、図５を用いて図４と異なる点を詳細に説明する。図５は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１０により実施されるバースト照射の例と、バースト照射による薄膜表面温度Ｈｓ及び界面温度Ｈｉの推移の例を示すグラフである。図５の縦軸及び横軸は、図４と同様である。
実施形態１に係るレーザアニールシステム１０の動作について、図５を用いて図４と異なる点を詳細に説明する。図５は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１０により実施されるバースト照射の例と、バースト照射による薄膜表面温度Ｈｓ及び界面温度Ｈｉの推移の例を示すグラフである。図５の縦軸及び横軸は、図４と同様である。
【0074】
図５に示すように、レーザアニールシステム１０は、パルスレーザ光を連続照射するバースト期間Ｐｂと、パルスレーザ光の照射を止める休止期間Ｐｓとを交互に繰り返すバースト照射を行うことにより、複数のバースト期間においてＩＴＯ薄膜の同一箇所にパルスレーザ光を照射する。休止期間Ｐｓは本開示の「抑制期間」の一例である。
【0075】
レーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８は、バースト照射の照射条件を調整することにより、被照射物１６０に対する入熱及び蓄熱を制御して、薄膜表面温度Ｈｓ及び界面温度Ｈｉを制御する。
【0076】
バースト照射の照射条件には、バースト期間Ｐｂ内のパルスレーザ光のパルスエネルギ、繰り返し周波数、パルス数、休止期間Ｐｓの長さなどのパラメータが含まれる。なお、バースト期間Ｐｂ内のパルス数は、バースト期間Ｐｂの長さに関係する。パルス数の代わりに、バースト期間Ｐｂの長さを用いてもよい。レーザフルエンスは、図３で説明したとおり、アブレーション閾値未満に設定される。
【0077】
図５に示すように、バースト期間Ｐｂ内における複数パルスのパルスレーザ光の連続照射によって、バースト期間Ｐｂ中は薄膜表面温度Ｈｓと界面温度Ｈｉとのそれぞれが徐々に上昇し、薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚを上回る状態が一定期間維持される。
【0078】
その後、休止期間Ｐｓに移行すると入熱が止まるため、休止期間Ｐｓ中は薄膜表面温度Ｈｓと界面温度Ｈｉとが徐々に低下していく。休止期間Ｐｓにおいて、薄膜表面温度Ｈｓは結晶化閾値温度Ｈｃｚを下回る状態となってもよい。
【0079】
界面温度Ｈｉは、バースト期間Ｐｂ及び休止期間Ｐｓに亘って損傷閾値温度Ｈｂｄを下回る状態が維持される。すなわち、バースト期間Ｐｂにおいて界面温度Ｈｉは徐々に上昇するものの、損傷閾値温度Ｈｂｄに到達する前にバースト期間Ｐｂを終了させ、休止期間Ｐｓに移行させる。以後、バースト期間Ｐｂと休止期間Ｐｓとを繰り返す。
【0080】
４．３ 作用・効果
実施形態１のバースト照射により、薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上となる状態を必要な時間だけ維持し、下地層である基板への熱影響を最小限にできる。このため、実施形態１によれば、ＰＥＴ樹脂やＰＣなど耐熱温度の低い基板に成膜されたＩＴＯ薄膜やＩＧＺＯ薄膜のアニール処理のスループットを向上できる。
実施形態１のバースト照射により、薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上となる状態を必要な時間だけ維持し、下地層である基板への熱影響を最小限にできる。このため、実施形態１によれば、ＰＥＴ樹脂やＰＣなど耐熱温度の低い基板に成膜されたＩＴＯ薄膜やＩＧＺＯ薄膜のアニール処理のスループットを向上できる。
【0081】
また実施形態１によれば、薄膜表面は結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上の温度で、かつＩＴＯ薄膜と基板との界面を含む基板近傍は損傷閾値温度Ｈｂｄを下回る温度でレーザアニールできるため、基板損傷を抑制しながら結晶核の生成及び成長を効率よく実施し、電気伝導率の向上や移動度などの電極材としての特性向上も見込める。
【0082】
４．４ 実施形態１の変形例１
４．４．１ 構成
実施形態１の変形例１に係るレーザアニールシステムの構成は、レーザアニールシステム１０と同様である。
４．４．１ 構成
実施形態１の変形例１に係るレーザアニールシステムの構成は、レーザアニールシステム１０と同様である。
【0083】
図５では、バースト照射の休止期間Ｐｓは、パルスエネルギを完全にゼロとし、レーザ照射を停止させるものとして説明したが、休止期間Ｐｓに相当する期間において、パルスエネルギを完全にゼロとしなくてもよい。すなわち、休止期間Ｐｓの代わりに、図６に示すように、バースト期間Ｐｂより低いパルスエネルギに調整されたパルスレーザ光が照射される低出力期間Ｐｄとしてもよい。低出力期間Ｐｄは本開示における「抑制期間」の一例である。
【0084】
４．４．２ 動作
図６は、実施形態１の変形例１に係るレーザアニールシステム１０により実施されるバースト照射の例と、バースト照射に伴う薄膜表面温度Ｈｓ及び界面温度Ｈｉの推移の例を示すグラフである。図６の縦軸及び横軸は、図３と同様である。図５の代わりに、図６のようなバースト照射を採用してもよい。
図６は、実施形態１の変形例１に係るレーザアニールシステム１０により実施されるバースト照射の例と、バースト照射に伴う薄膜表面温度Ｈｓ及び界面温度Ｈｉの推移の例を示すグラフである。図６の縦軸及び横軸は、図３と同様である。図５の代わりに、図６のようなバースト照射を採用してもよい。
【0085】
図６に示すように、レーザアニール制御プロセッサ１００及びレーザ制御プロセッサ２８は、休止期間Ｐｓに代わる低出力期間Ｐｄにおいて、照射するパルスレーザ光のパルスエネルギをバースト期間Ｐｂのパルスエネルギよりも減らして、蓄熱を抑制してもよい。なお、図６の例では、低出力期間Ｐｄ中に薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚ以上である状態がほぼ維持されるように低出力期間Ｐｄのパルスエネルギが設定されているが、低出力期間Ｐｄのパルスエネルギを調整することにより、低出力期間Ｐｄ中における薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚを下回るようにしてもよい。
【0086】
４．４．３ 作用・効果
実施形態１の変形例１によれば、バースト期間Ｐｂ後の低出力期間Ｐｄにおいて、照射するパルスレーザ光のパルスエネルギを調整することにより、被照射物１６０に対する蓄熱制御の自由度を向上させることができる。
実施形態１の変形例１によれば、バースト期間Ｐｂ後の低出力期間Ｐｄにおいて、照射するパルスレーザ光のパルスエネルギを調整することにより、被照射物１６０に対する蓄熱制御の自由度を向上させることができる。
【0087】
【0088】
レーザアニールシステム１０Ａは、テーブル７６の被照射物１６０を載置する面に冷却プレート７８を備える。冷却プレート７８は、水冷方式やペルチェ素子を用いる構成であってよい。冷却プレート７８は、本開示における冷却機構の一例である。冷却プレート７８は、冷却のＯＮ－ＯＦＦを制御できるように、レーザアニール制御プロセッサ１００に接続されてよい。冷却のＯＮ－ＯＦＦは、例えば、水冷方式の場合におけるバルブの開閉や、ペルチェ素子の電流のＯＮ－ＯＦＦなどにより制御される。
【0089】
図８は、図７に示す冷却プレート７８及び被照射物１６０を拡大して示す側面図である。被照射物１６０は、レーザ照射による被加熱対象１６０ｔと、レーザ照射による熱の影響をできる限り避けたい加熱不可部材１６０ｂとの積層構造を持つ。被加熱対象１６０ｔは、レーザアニールシステム１０Ａによってアニール処理される薄膜であり、例えば、ＩＴＯ薄膜やＩＧＺＯ薄膜などである。加熱不可部材１６０ｂは、耐熱性に乏しい材料からなる基板であり、例えば、ＰＥＴ樹脂やＰＣなどの樹脂基板である。
【0090】
４．５．２ 動作
レーザアニール制御プロセッサ１００は、バースト動作と同期して、冷却プレート７８の冷却動作をＯＮ－ＯＦＦさせる制御を行う。図９は、冷却動作の制御例を示すタイミングチャートである。
レーザアニール制御プロセッサ１００は、バースト動作と同期して、冷却プレート７８の冷却動作をＯＮ－ＯＦＦさせる制御を行う。図９は、冷却動作の制御例を示すタイミングチャートである。
【0091】
図９の最上段のグラフＦ９Ａはバースト動作のバースト期間Ｐｂ及び休止期間Ｐｓを示す。中段のグラフＦ９Ｂは冷却プレート７８の冷却動作の制御例１を示し、下段のグラフＦ９Ｃは制御例２を示す。
【0092】
冷却ＯＮのタイミングは、バースト期間Ｐｂの開始タイミングに対して遅延させてもよいし（グラフＦ９Ｂ）、先行させてもよい（グラフＦ９Ｃ）。レーザアニール制御プロセッサ１００は、バースト期間Ｐｂに対して遅延して冷却をＯＮ、あるいは、バースト期間Ｐｂに対して早めに冷却をＯＮすることで、被照射物１６０の厚さ方向の熱分布を調整する。
【0093】
冷却ＯＮの期間の長さは、バースト期間Ｐｂと同じでなくてもよい。目標とする熱分布が得られるよう冷却をＯＮするタイミングと、冷却ＯＮの期間の長さが調整される。
【0094】
４．５．３ 作用・効果
冷却プレート７８は、加熱不可部材１６０ｂである基板に伝わる熱を除去することができるため、熱影響による基板損傷をさらに効果的に抑制することができる。
冷却プレート７８は、加熱不可部材１６０ｂである基板に伝わる熱を除去することができるため、熱影響による基板損傷をさらに効果的に抑制することができる。
【0095】
レーザアニールシステム１０Ａによれば、冷却プレート７８を用いた冷却動作により、被照射物１６０の厚さ方向の温度勾配を制御する効果があるため、基板の昇温を防ぎつつ、被加熱対象１６０ｔである薄膜の温度を制御しやすくなる。
【0096】
５．課題２
ＩＴＯ薄膜は、レーザアニール処理によって結晶化した際に結晶粒の大きさを大きくすることで、より低抵抗率で高移動度な電極が実現されやすい。アモルファス状態から結晶化するにあたり必要なエネルギは、〔結晶核の形成〕＞〔結晶粒の成長〕の関係と考えられる。そのため、結晶核の形成と結晶粒の成長のための２段階で成長させることが考案され、通常の雰囲気アニールなどではこのような方法が実現されている。
ＩＴＯ薄膜は、レーザアニール処理によって結晶化した際に結晶粒の大きさを大きくすることで、より低抵抗率で高移動度な電極が実現されやすい。アモルファス状態から結晶化するにあたり必要なエネルギは、〔結晶核の形成〕＞〔結晶粒の成長〕の関係と考えられる。そのため、結晶核の形成と結晶粒の成長のための２段階で成長させることが考案され、通常の雰囲気アニールなどではこのような方法が実現されている。
【0097】
しかしながら、図１０に示すようなパルスレーザ光の連続照射によるレーザアニール処理では、薄膜表面温度Ｈｓが結晶化閾値温度Ｈｃｚを超えて上昇し続け、結晶核生成閾値温度以上の状態で結晶粒成長が行われることになるため、結晶核が生成され続け、最終的な結晶粒が小さくなってしまう（図１１参照）。結晶核生成閾値温度以上の温度では、結晶成長よりも結晶核の形成がなされやすくなるためである。
【0098】
図１０は、図４と同様に、パルスレーザ光の連続照射による薄膜表面温度Ｈｓの推移を示す。図１１は、図１０に示すパルスレーザ光の連続照射による薄膜の結晶化の過程を模式的に示す説明図である。図１１の左から右へ時間経過を示す。図１１において、薄膜における被照射エリアＡＲｔでは、時間経過とともに、結晶核Ｃｃの生成及び結晶成長が起きている。
【0099】
図１１中の左図Ｆ１１Ａは、薄膜表面温度Ｈｓが結晶核生成閾値温度を超えて結晶核Ｃｃが生成された様子を示している。中央図Ｆ１１Ｂは、新たな結晶核Ｃｃの生成による結晶核Ｃｃの増加と結晶粒が成長する様子を示している。右図Ｆ１１Ｃは、中央図Ｆ１１Ｂの状態からさらに、新たな結晶核Ｃｃの生成による結晶核Ｃｃの増加と結晶粒Ｃｍが成長する様子を示している。
【0100】
結晶核Ｃｃが増加することで、結晶粒Ｃｍは十分に大きく成長することができず、中程度の結晶粒Ｃｍとなる。このように、高繰り返し化によるパルスレーザ光の連続照射では、結晶核生成閾値温度以上の状態で結晶粒の成長が行われるため、新たな結晶核Ｃｃが生成され続け、個々の結晶粒Ｃｍの最終的なサイズは比較的小さいものに留まる。
【0101】
一方で、図１２に示すような、単純なバーストパルスによるバースト照射では結晶粒の成長と同時に新たな結晶核が生成してしまう。この場合、生成される各結晶粒は結晶方位がバラバラであるため、隣り合っても合体して成長し辛いため、結晶粒のサイズが大きくならない（図１３及び図１４参照）。
【0102】
図１２は、バーストパターンの例と、バースト照射に伴う薄膜表面温度Ｈｓの推移の例を示すグラフである。図１２に示すバースト照射では、バースト期間Ｐｂ中に薄膜表面温度Ｈｓが上昇して結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上の状態になり、休止期間Ｐｓにおいて薄膜表面温度Ｈｓが低下して結晶成長閾値温度Ｈｃｇを下回る状態となる。このようなバースト期間Ｐｂと休止期間Ｐｓとが繰り返されることで、薄膜表面温度Ｈｓが結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上の状態と、結晶成長閾値温度Ｈｃｇ未満の状態とが間欠的に繰り返され、新しい結晶核が生成されつつ、結晶粒が成長する。
【0103】
図１３は、図１２に示すバースト照射による薄膜の結晶化の過程を模式的に示す説明図である。図１３において、薄膜における被照射エリアＡＲｔでは、時間経過とともに、結晶核Ｃｃの生成及び結晶成長が起きている。図１３について、図１１と異なる点を説明する。
【0104】
図１３中の左図Ｆ１３Ａは、薄膜表面温度Ｈｓが結晶核生成閾値温度Ｈｃｃを超えて結晶核Ｃｃが生成された状態を示している。中央図Ｆ１３Ｂは、薄膜表面温度Ｈｓが間欠的に結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上になり、且つ間欠的に結晶成長閾値温度Ｈｃｇ以上になることによって、新たな結晶核Ｃｃが増えつつ、結晶核Ｃｃが成長して結晶粒Ｃｂに成長する様子を示している。
【0105】
【0106】
このように、図１２に示すバースト照射では新たな結晶核Ｃｃの生成と、結晶粒Ｃｍ、Ｃｂの成長とが同時に起こる。
【0107】
図１４は、図１２に示すバースト照射によって生成された結晶粒を模式的に示す。図１４に示すように、図１２のバースト照射によって生成される結晶粒Ｃｂ、Ｃｍ１、Ｃｍ２、Ｃｍ３、Ｃｍ４は、それぞれの結晶方位が異なるため、結晶粒同士が隣り合っても合体して成長しにくく、最終的な結晶粒のサイズはあまり大きくならない。
【0108】
このような事情から、結晶成長を阻害せずにスループットを向上させるレーザアニール方法が求められていた。
【0109】
６．実施形態２
６．１ 構成
実施形態２に係るレーザアニールシステムの装置構成は、図２に示したレーザアニールシステム１０又は図７に示したレーザアニールシステム１０Ａと同様である。以下、実施形態２の説明において、図２に示す構成と同一の参照符号を用いる。
６．１ 構成
実施形態２に係るレーザアニールシステムの装置構成は、図２に示したレーザアニールシステム１０又は図７に示したレーザアニールシステム１０Ａと同様である。以下、実施形態２の説明において、図２に示す構成と同一の参照符号を用いる。
【0110】
６．２ 動作
実施形態２に係るレーザアニールシステム１０は、バースト照射における先頭側のバースト期間を他の後続のバースト期間とは異なる照射にしてもよい。例えば、先頭側のバースト期間を他の後続のバースト期間よりも高エネルギのレーザ照射にすることで、薄膜表面温度Ｈｓを結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上にまで上げる。その後のバースト期間では低エネルギのレーザ照射として結晶核生成閾値温度Ｈｃｃよりも低い薄膜表面温度Ｈｓを維持しつつ、かつ結晶成長閾値温度Ｈｃｇ以上の温度を実現する。これにより、結晶を２段階で成長させることができる。なお、高エネルギのレーザ照射を行う先頭側のバースト期間は、先頭のバースト期間を含む複数のバースト期間であってもよい。
実施形態２に係るレーザアニールシステム１０は、バースト照射における先頭側のバースト期間を他の後続のバースト期間とは異なる照射にしてもよい。例えば、先頭側のバースト期間を他の後続のバースト期間よりも高エネルギのレーザ照射にすることで、薄膜表面温度Ｈｓを結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上にまで上げる。その後のバースト期間では低エネルギのレーザ照射として結晶核生成閾値温度Ｈｃｃよりも低い薄膜表面温度Ｈｓを維持しつつ、かつ結晶成長閾値温度Ｈｃｇ以上の温度を実現する。これにより、結晶を２段階で成長させることができる。なお、高エネルギのレーザ照射を行う先頭側のバースト期間は、先頭のバースト期間を含む複数のバースト期間であってもよい。
【0111】
【0112】
図１５に示すように、レーザアニール制御プロセッサ１００は、バースト動作における先頭のバースト期間Ｐｂ１のパルスエネルギを、次のバースト期間Ｐｂ２のパルスエネルギよりも高くする。各バースト期間Ｐｂ１、Ｐｂ２における繰り返し周波数は同じであってよい。
【0113】
先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射により、薄膜表面温度Ｈｓは結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上の状態となり、結晶核が生成される。その後、次の（２番目の）バースト期間Ｐｂ２を含む他のバースト期間におけるパルスエネルギを先頭のバースト期間Ｐｂ１のパルスエネルギよりも低く設定し、他のバースト期間中において薄膜表面温度Ｈｓを結晶核生成閾値温度Ｈｃｃよりも低い温度に維持しつつ、結晶成長閾値温度Ｈｃｇ以上に維持される時間をなるべく長くするようにレーザ照射が制御される。２番目以降のバースト期間に適用されるレーザ照射条件（パルスエネルギ、繰り返し周波数、及びパルス数）は、それぞれが同じ条件であってよい。これにより、結晶核の生成と結晶粒の成長という２段階で結晶を成長させることができる。
【0114】
【0115】
図１６の左図Ｆ１６Ａは、先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射によって、結晶核Ｃｃが生成された状態を示している。その後、中央図Ｆ１６Ｂに示すように、２番目のバースト期間Ｐｂ２のレーザ照射により、新しい結晶核Ｃｃ生成は抑制され、既に存在している結晶核Ｃｃが結晶粒Ｃｍに成長する。さらに、右図Ｆ１６Ｃに示すように、３番目以降のバースト期間のレーザ照射によって、新しい結晶核Ｃｃ生成は抑制され、既に存在している結晶粒Ｃｍが成長し、より大きい結晶粒Ｃｂになる。
【0116】
６．３ 作用・効果
実施形態２によれば、結晶を２段階で成長させることができるため、移動度の高い、大きなサイズの結晶が得られ易い。
実施形態２によれば、結晶を２段階で成長させることができるため、移動度の高い、大きなサイズの結晶が得られ易い。
【0117】
６．４ 実施形態２の変形例１
先頭側のバースト期間は、他のバースト期間に比べてパルスエネルギを変更する態様に限らず、例えば、先頭側のバースト期間について、他のバースト期間とは異なる繰り返し周波数に設定されてもよい。例えば、先頭側のバースト期間は、他のバースト期間よりも高繰り返し周波数としてもよい（図１７参照）。
先頭側のバースト期間は、他のバースト期間に比べてパルスエネルギを変更する態様に限らず、例えば、先頭側のバースト期間について、他のバースト期間とは異なる繰り返し周波数に設定されてもよい。例えば、先頭側のバースト期間は、他のバースト期間よりも高繰り返し周波数としてもよい（図１７参照）。
【0118】
【0119】
図１７に示すように、レーザアニール制御プロセッサ１００は、バースト動作における先頭のバースト期間Ｐｂ１の繰り返し周波数を、次のバースト期間Ｐｂ２の繰り返し周波数よりも高くする。各バースト期間Ｐｂ１、Ｐｂ２におけるパルスエネルギは同じであってよい。
【0120】
先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射により、薄膜表面温度Ｈｓは結晶核生成閾値温度Ｈｃｃ以上の状態となり、結晶核が生成される。その後、次の（２番目の）バースト期間Ｐｂ２を含む他のバースト期間における繰り返し周波数を先頭のバースト期間Ｐｂ１の繰り返し周波数よりも低く設定し、他のバースト期間中において薄膜表面温度Ｈｓを結晶核生成閾値温度Ｈｃｃよりも低い温度に維持しつつ、結晶成長閾値温度Ｈｃｇ以上に維持される時間をなるべく長くするようにレーザ照射が制御される。２番目以降のバースト期間に適用されるレーザ照射条件（パルスエネルギ、繰り返し周波数、及びパルス数）は、それぞれが同じ条件であってよい。これにより、結晶核の生成と結晶粒の成長という２段階で結晶を成長させることができる。
【0121】
６．５ 実施形態２の変形例２
先頭側のバースト期間は、パルス数（バースト時間）が他のバースト期間と異なるように設定されてもよい。例えば、先頭側のバースト期間は、他のバースト期間よりもパルス数を多くしてもよい（図１８参照）。その際、先頭側のバースト期間後の休止期間を他の休止期間と異なる長さに設定してもよい。
先頭側のバースト期間は、パルス数（バースト時間）が他のバースト期間と異なるように設定されてもよい。例えば、先頭側のバースト期間は、他のバースト期間よりもパルス数を多くしてもよい（図１８参照）。その際、先頭側のバースト期間後の休止期間を他の休止期間と異なる長さに設定してもよい。
【0122】
【0123】
図１８に示すように、レーザアニール制御プロセッサ１００は、バースト動作における先頭のバースト期間Ｐｂ１のパルス数を、次のバースト期間Ｐｂ２のパルス数よりも多くしてもよい。各バースト期間Ｐｂ１、Ｐｂ２におけるパルスエネルギ及び繰り返し周波数は同じであってよい。
【0124】
また、レーザアニール制御プロセッサ１００は、先頭のバースト期間Ｐｂ１の直後の休止期間Ｐｓ１を他の休止期間Ｐｓ２より長く設定してもよい。
【0125】
【0126】
６．６ その他
実施形態２及びその変形例１、２は、適宜組み合わせてよい。例えば、レーザアニール制御プロセッサ１００は、先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射を他のバースト期間よりも高エネルギ、かつ高繰り返し周波数としてもよい。また、例えば、レーザアニール制御プロセッサ１００は、先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射を、他のバースト期間よりも高エネルギだが低繰り返し周波数としてもよく、又は高繰り返し周波数だが少ないパルス数としてもよい。
実施形態２及びその変形例１、２は、適宜組み合わせてよい。例えば、レーザアニール制御プロセッサ１００は、先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射を他のバースト期間よりも高エネルギ、かつ高繰り返し周波数としてもよい。また、例えば、レーザアニール制御プロセッサ１００は、先頭のバースト期間Ｐｂ１のレーザ照射を、他のバースト期間よりも高エネルギだが低繰り返し周波数としてもよく、又は高繰り返し周波数だが少ないパルス数としてもよい。
【0127】
さらに、実施形態２及びその変形例１、２における休止期間の一部又は全部を図６のような低出力期間Ｐｄとすることも可能である。
【0128】
７．実施形態３
７．１ 構成
図１９は、実施形態３に係るレーザアニールシステム１０Ｂの構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０Ｂは、ウエブ状の被照射物Ｒ１に対してロールトゥロールのプロセスによってアニール処理を行うシステムである。被照射物Ｒ１は、例えば、樹脂基板上に薄膜が成膜された樹脂ロールであってよい。
７．１ 構成
図１９は、実施形態３に係るレーザアニールシステム１０Ｂの構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０Ｂは、ウエブ状の被照射物Ｒ１に対してロールトゥロールのプロセスによってアニール処理を行うシステムである。被照射物Ｒ１は、例えば、樹脂基板上に薄膜が成膜された樹脂ロールであってよい。
【0129】
図１９の中央図Ｆ１９Ａに示すように、レーザアニールシステム１０Ｂは、被照射物Ｒ１をロールトゥロール方式で搬送する不図示の搬送機構と、レーザ装置Ｌ１と、レーザ装置Ｌ１から出力されるパルスレーザ光ＰＬ１を複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４に分配するための複数のビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４を含む分配光学系とを備える。
【0130】
図１９では、４つの照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４を備える構成を示しているが、照射エリアの数は、この例に限らない。照射エリアの数に応じてビームスプリッタの数も変更される。
【0131】
搬送機構は、巻き出しローラ、巻き取りローラ及びパスローラなど公知の構成を含む。
【0132】
複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４のそれぞれは、被照射物Ｒ１に対してパルスレーザ光の照射が行われるエリアである。被照射物Ｒ１の移動方向に沿って、複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４が所定間隔で配置されるように、パルスレーザ光が分配される。所定間隔を隔てて配置される照射エリアＡＲ１と照射エリアＡＲ２との間、照射エリアＡＲ２と照射エリアＡＲ３との間、及び照射エリアＡＲ３と照射エリアＡＲ４との間の各エリアは、レーザ照射が行われない間欠エリアＡＲｓとして設定される。
【0133】
レーザ装置Ｌ１から出力されたパルスレーザ光ＰＬ１は、ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４により分岐され、それぞれ照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４に入射する。各ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４は、各照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４におけるレーザエネルギが等しくなるように反射率が設定される。なお、最終段のビームスプリッタＢＳ４は、反射ミラーであってもよい。
【0134】
レーザアニールシステム１０Ｂにおいて、被照射物Ｒ１は低速で移動する。被照射物Ｒ１の移動速度は、休止期間が間欠エリアＡＲｓを通過する時間となるように設定される。また、１箇所あたりの照射回数は、移動方向の照射エリア幅と、被照射物Ｒ１の移動速度と、繰り返し周波数とから決定される。
【0135】
７．２ 動作
レーザ装置Ｌ１は、ロールトゥロールによる被照射物Ｒ１の移動中に一定の繰り返し周波数でパルスレーザ光ＰＬ１を連続出力する。図１９中のグラフＦ１９Ｂは、レーザ装置Ｌ１から出力されるパルスレーザ光ＰＬ１のパルスエネルギを示す。
レーザ装置Ｌ１は、ロールトゥロールによる被照射物Ｒ１の移動中に一定の繰り返し周波数でパルスレーザ光ＰＬ１を連続出力する。図１９中のグラフＦ１９Ｂは、レーザ装置Ｌ１から出力されるパルスレーザ光ＰＬ１のパルスエネルギを示す。
【0136】
図１９中の拡大図Ｆ１９Ｃは、照射エリアＡＲ１で連続的にパルスレーザ光を照射した場合のレーザ照射結果を示す説明図である。レーザアニールシステム１０Ｂでは、それぞれの照射エリアＡＲ１～ＡＲ４において、照射するビームの位置が固定されているが、被照射物Ｒ１がロール進行方向（移動方向）に移動するため、相対的にレーザ照射された箇所が移動して、各ビームの照射範囲が重なっていく（拡大図Ｆ１９Ｃ参照）。
【0137】
このため、被照射物Ｒ１上における移動方向のビーム幅と、移動速度（ロール進行速度）及びパルスレーザ光ＰＬ１の繰り返し周波数から、ある１箇所（同一箇所）あたりの照射回数が決定される。複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４を設定し、それらの間を間欠エリアとして設定することにより、被照射物Ｒ１上の各エリアは、実施形態１と同様のバーストパルスで照射される。
【0138】
図１９中のグラフＦ１９Ｄは、被照射物Ｒ１上の同一箇所に照射されるパルスレーザ光のバーストパルスの例を示す。
【0139】
複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４と、それらの間の複数の間欠エリアＡＲｓとに分かれることで、ロール進行によって被照射物Ｒ１上の１箇所あたりは、グラフＦ１９Ｄに示すように、バーストパルスで照射された状態となる。これにより、実施形態１におけるレーザ装置１２と同様のバースト照射を行うことができる。
【0140】
レーザアニールシステム１０Ｂは、樹脂基板上に薄膜を成膜後にロールに巻き取る途中で本アニール処理を行ってもよい。
【0141】
なお、各照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４の上流側と下流側のそれぞれの一部は照射回数が少なくなるため、素子として利用しなくてもよい。ここで、「上流側」とは被照射物Ｒ１の移動方向についての上流側を意味し、図１９における左側を指す。
【0142】
７．３ 搬送機構の例
図２０は、レーザアニールシステム１０Ｂに適用されるロールトゥロール方式の搬送機構Ｍの例を示す斜視図である。搬送機構Ｍは、巻き出し部３０２と、巻き取り部３０４とを備え、巻き出し部３０２と巻き取り部３０４との間に成膜部３０６とレーザアニール処理部３１０とが設けられる。成膜部３０６は、巻き出し部３０２から送り出された基板上にＩＴＯなどの薄膜を生成する成膜工程の処理部である。レーザアニール処理部３１０は、成膜部３０６の下流側に配置され、図２０の矢印で示す部分においてレーザ照射を行うアニール処理工程の処理部である。図２０において、レーザアニール処理部３１０の具体的構成は図示されていないが、レーザアニール処理部３１０は、図１９で説明した複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４を含む。レーザアニール処理部３１０には、レーザ照射に必要な光学系等の構成が含まれる。
図２０は、レーザアニールシステム１０Ｂに適用されるロールトゥロール方式の搬送機構Ｍの例を示す斜視図である。搬送機構Ｍは、巻き出し部３０２と、巻き取り部３０４とを備え、巻き出し部３０２と巻き取り部３０４との間に成膜部３０６とレーザアニール処理部３１０とが設けられる。成膜部３０６は、巻き出し部３０２から送り出された基板上にＩＴＯなどの薄膜を生成する成膜工程の処理部である。レーザアニール処理部３１０は、成膜部３０６の下流側に配置され、図２０の矢印で示す部分においてレーザ照射を行うアニール処理工程の処理部である。図２０において、レーザアニール処理部３１０の具体的構成は図示されていないが、レーザアニール処理部３１０は、図１９で説明した複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４を含む。レーザアニール処理部３１０には、レーザ照射に必要な光学系等の構成が含まれる。
【0143】
このような構成により、ロールトゥロールの工程プロセスにおいて、薄膜の成膜後にロールを巻き取る途中でアニール処理を行うことができる。
【0144】
また、搬送機構Ｍは、図７及び図８で説明した冷却プレート７８に代わる、不図示の冷却ローラを備えていてもよい。冷却ローラは、複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４のそれぞれにおいて基板の裏面側に配置されていてもよい。
【0145】
７．４ 作用・効果
実施形態３によれば、ロールトゥロール方式において、ロールを巻き取りながらアニール処理を実施することが可能である。このため、巻き取りを停止するアニール処理に比べて、加工時間を短くできる。
実施形態３によれば、ロールトゥロール方式において、ロールを巻き取りながらアニール処理を実施することが可能である。このため、巻き取りを停止するアニール処理に比べて、加工時間を短くできる。
【0146】
７．５ 実施形態３の変形例１
７．５．１ 構成
図２１は、実施形態３の変形例１に係るレーザアニールシステム１０Ｃの構成及び動作を示す説明図である。図２１に示す構成について、図１９と異なる点を説明する。図２１の上段に示す模式的な平面図Ｆ２１Ａはレーザアニールシステム１０Ｃにおける複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…の例を示す。図示は省略されているが、レーザアニールシステム１０Ｃは、図１９と同様に、レーザ装置Ｌ１と、複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…のそれぞれに対してパルスレーザ光を入射させる複数のビームスプリッタとを備える。
７．５．１ 構成
図２１は、実施形態３の変形例１に係るレーザアニールシステム１０Ｃの構成及び動作を示す説明図である。図２１に示す構成について、図１９と異なる点を説明する。図２１の上段に示す模式的な平面図Ｆ２１Ａはレーザアニールシステム１０Ｃにおける複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…の例を示す。図示は省略されているが、レーザアニールシステム１０Ｃは、図１９と同様に、レーザ装置Ｌ１と、複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…のそれぞれに対してパルスレーザ光を入射させる複数のビームスプリッタとを備える。
【0147】
レーザアニールシステム１０Ｃにおいて、実施形態２に対応するように、２段階成長を行う場合には、複数の照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…のうちの上流部分に、高エネルギや高繰り返し周波数のバーストパルスを照射するエリアを配置する。
【0148】
図２１では、先頭の照射エリアＡＲ１について、他の照射エリアよりも高いパルスエネルギのパルスレーザ光を照射する場合の例が示されている。この場合、例えば、上流側のビームスプリッタの反射率を他に比べて高く設定して、多くのエネルギを分配してもよい。
【0149】
図２１の下段に示すグラフＦ２１Ｂは、レーザアニールシステム１０Ｃによるバースト照射の例と、バースト照射による薄膜表面温度Ｈｓの推移の例を示すグラフである。図２１では、先頭の照射エリアＡＲ１から３番目の照射エリアＡＲ３の各エリアに対応するバースト期間までが図示されているが、４番目以降の照射エリアに対応するバースト期間についても同様である。グラフＦ２１Ｂは、図１５で説明したグラフと同様である。
【0150】
７．５．２ 動作
レーザアニールシステム１０Ｃにおけるレーザ照射の動作は、実施形態３と同様である。レーザアニールシステム１０Ｃによるバースト照射により、実施形態２と同様に結晶を２段階成長させる。
レーザアニールシステム１０Ｃにおけるレーザ照射の動作は、実施形態３と同様である。レーザアニールシステム１０Ｃによるバースト照射により、実施形態２と同様に結晶を２段階成長させる。
【0151】
７．５．３ 作用・効果
レーザアニールシステム１０Ｃによれば、ロールトゥロールのプロセスにおいて結晶を２段階成長させることができ、移動度の高い結晶が得られる。
レーザアニールシステム１０Ｃによれば、ロールトゥロールのプロセスにおいて結晶を２段階成長させることができ、移動度の高い結晶が得られる。
【0152】
【0153】
レーザアニールシステム１０Ｄは、図１９のレーザ装置Ｌ１の代わりに、複数のレーザ装置Ｌ２、Ｌ３を備える。また、レーザアニールシステム１０Ｄは、図１９のビームスプリッタＢＳ１～ＢＳ４の代わりに、ビームスプリッタＢＳ５、反射ミラーＲＭ１、ビームスプリッタＢＳ６及び反射ミラーＲＭ３を備える。その他の構成は、図１９と同様であってよい。
【0154】
ロールの幅や照射エリアの数又は照射エリアの位置によっては、高いパルスエネルギや高繰り返し周波数が必要となる場合がある。その場合、図２２のように、複数のレーザ装置Ｌ２、Ｌ３を配置して、それぞれ異なる照射エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４にパルスレーザ光を分配するようにしてもよい。
【0155】
７．６．２ 動作
レーザ装置Ｌ２、Ｌ３は同期してパルスレーザ光ＰＬ２、Ｐ３を出力するように制御される。レーザ装置Ｌ２から出力されたパルスレーザ光ＰＬ２は、ビームスプリッタＢＳ５によって２方向に分岐され、そのうちの一方のパルスレーザ光は照射エリアＡＲ１に入射し、他方のパルスレーザ光は反射ミラーＲＭ１によって反射され、照射エリアＡＲ２に入射する。例えば、照射エリアＡＲ１は、照射エリアＡＲ２に対して高パルスエネルギのパルスレーザ光が照射されるようにしてもよい。また、レーザ装置Ｌ２は、レーザ装置Ｌ３に対して高繰り返し周波数としてもよい。
レーザ装置Ｌ２、Ｌ３は同期してパルスレーザ光ＰＬ２、Ｐ３を出力するように制御される。レーザ装置Ｌ２から出力されたパルスレーザ光ＰＬ２は、ビームスプリッタＢＳ５によって２方向に分岐され、そのうちの一方のパルスレーザ光は照射エリアＡＲ１に入射し、他方のパルスレーザ光は反射ミラーＲＭ１によって反射され、照射エリアＡＲ２に入射する。例えば、照射エリアＡＲ１は、照射エリアＡＲ２に対して高パルスエネルギのパルスレーザ光が照射されるようにしてもよい。また、レーザ装置Ｌ２は、レーザ装置Ｌ３に対して高繰り返し周波数としてもよい。
【0156】
同様に、レーザ装置Ｌ３から出力されたパルスレーザ光ＰＬ３は、ビームスプリッタＢＳ６によって２方向に分岐され、そのうちの一方のパルスレーザ光は照射エリアＡＲ３に入射し、他方のパルスレーザ光は反射ミラーＲＭ２によって反射され、照射エリアＡＲ４に入射する。その他の動作は、図１９と同様である。
【0157】
７．６．３ 作用・効果
レーザアニールシステム１０Ｄによれば、レーザアニールシステム１０Ｂと同様の効果が得られる。また、レーザアニールシステム１０Ｄによれば、各照射エリアに対して所望のパルスエネルギのパルスレーザ光を分配できる。さらに、レーザ装置を複数としたので各照射エリアに対して所望の繰り返し周波数のパルスレーザ光を照射できる。
レーザアニールシステム１０Ｄによれば、レーザアニールシステム１０Ｂと同様の効果が得られる。また、レーザアニールシステム１０Ｄによれば、各照射エリアに対して所望のパルスエネルギのパルスレーザ光を分配できる。さらに、レーザ装置を複数としたので各照射エリアに対して所望の繰り返し周波数のパルスレーザ光を照射できる。
【0158】
８．実施形態４
８．１ 構成
図２３は、実施形態４に係るレーザアニールシステム１０Ｅの構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０Ｅは、レーザ装置１２の代わりに、複数のレーザ装置Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８を備える。レーザ装置Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８のそれぞれは、レーザ装置１２と同様の構成であってよい。
８．１ 構成
図２３は、実施形態４に係るレーザアニールシステム１０Ｅの構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０Ｅは、レーザ装置１２の代わりに、複数のレーザ装置Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８を備える。レーザ装置Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８のそれぞれは、レーザ装置１２と同様の構成であってよい。
【0159】
レーザアニールシステム１０Ｅは、レーザ装置Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８のそれぞれから出力されたパルスレーザ光ＰＬ４、ＰＬ５、ＰＬ６、ＰＬ７、ＰＬ８を照射エリアＡＲ１２に導く反射ミラーＲＭａ、ＲＭｂ、ＲＭｃ、ＲＭｄを備える。各パルスレーザ光ＰＬ４、ＰＬ５、ＰＬ６、ＰＬ７、ＰＬ８を照射エリアＡＲ１２に導くパルスレーザ光路には、反射ミラーＲＭａ、ＲＭｂ、ＲＭｃ、ＲＭｄ以外の不図示の反射ミラー等の光学素子が含まれてもよい。
【0160】
【0161】
なお、図２３では５台のレーザ装置Ｌ４～Ｌ８を用いる構成を示しているがレーザ装置の台数はこの例に限らない。
【0162】
８．２ 動作
複数のレーザ装置Ｌ４～Ｌ８による各パルスレーザ光の出力タイミングを遅延させる制御を行うことで、照射エリアＡＲ１２における高繰り返し照射を実現してもよい。
複数のレーザ装置Ｌ４～Ｌ８による各パルスレーザ光の出力タイミングを遅延させる制御を行うことで、照射エリアＡＲ１２における高繰り返し照射を実現してもよい。
【0163】
図２４は、レーザアニールシステム１０Ｅによって実現されるバースト照射の例を示すグラフである。図２４に示すように、レーザ装置Ｌ４～Ｌ８から出力するパルスレーザ光ＰＬ４～ＰＬ８のそれぞれの出力タイミングをずらし、同じ照射エリアＡＲ１に照射することにより、実質的に高繰り返しのバースト動作と同様のバースト照射が可能である。
【0164】
例えば、各レーザ装置Ｌ４～Ｌ８の繰り返し周波数が２００Ｈｚの動作である場合に、これら５台のレーザ装置Ｌ４～Ｌ８の出力タイミングをずらして同一エリアを照射することで擬似的に１ｋＨｚの照射が実現できる。
【0165】
８．３ 作用・効果
実施形態４に係るレーザアニールシステム１０Ｅによれば、個々のレーザ装置Ｌ４～Ｌ８の繰り返し周波数よりも高い繰り返し周波数によるバースト照射を実現できる。
実施形態４に係るレーザアニールシステム１０Ｅによれば、個々のレーザ装置Ｌ４～Ｌ８の繰り返し周波数よりも高い繰り返し周波数によるバースト照射を実現できる。
【0166】
９．ＩＴＯ薄膜以外の他の用途について
本開示の技術は、次のような用途にも適用できる。
本開示の技術は、次のような用途にも適用できる。
【0167】
［１］ａ－Ｓｉなどのチャンネル材料の結晶化のためのアニール処理
【0168】
［２］樹脂フィルム等、耐熱性の乏しい基板上に複数の金属膜を堆積後、金属材料同士で合金化するためのアニール処理（磁性体化の処理）
【0169】
［３］半導体プロセスにおいてイオン打込み後の結晶回復のためのアニール処理
【0170】
［４］ドーパント材料の基板深さ方向への熱拡散の制御
【0171】
［５］フィルムなどへのハードコーティング膜などのコーティング材料を熱処理する場合のアニール処理
【0172】
［６］半導体チップ上あるいはプリント基板上の金属配線における結晶粒拡大による低抵抗化のためのアニール処理
【0173】
１０．プロセッサについて
レーザ制御プロセッサ２８、レーザアニール制御プロセッサ１００などのプロセッサは、本開示に含まれる各種処理を実行するためにハードウェアの形で物理的に構成されていてもよい。例えば、プロセッサは、各種処理を規定する制御プログラムが記憶されたメモリと、制御プログラムを実行する処理装置と、を含むコンピュータでもよい。制御プログラムは、１つのメモリに記憶されていてもよいし、物理的に離れて存在する複数のメモリに分かれて記憶され、それらの集合体としての制御プログラムによって各種処理が規定されてもよい。処理装置は、ＣＰＵのような汎用的な処理装置でもよいし、ＧＰＵのような特定用途の処理装置でもよい。
レーザ制御プロセッサ２８、レーザアニール制御プロセッサ１００などのプロセッサは、本開示に含まれる各種処理を実行するためにハードウェアの形で物理的に構成されていてもよい。例えば、プロセッサは、各種処理を規定する制御プログラムが記憶されたメモリと、制御プログラムを実行する処理装置と、を含むコンピュータでもよい。制御プログラムは、１つのメモリに記憶されていてもよいし、物理的に離れて存在する複数のメモリに分かれて記憶され、それらの集合体としての制御プログラムによって各種処理が規定されてもよい。処理装置は、ＣＰＵのような汎用的な処理装置でもよいし、ＧＰＵのような特定用途の処理装置でもよい。
【0174】
また、プロセッサは、本開示に含まれる各種処理を実行するためにソフトウェアの形でプログラムされていてもよい。例えば、プロセッサは、各種処理を実行する機能がＡＳＩＣのような専用デバイスやＦＰＧＡのようなプログラマブルデバイスに実装されたものでもよい。
【0175】
本開示に含まれる各種処理は、１つのコンピュータ、１つの専用デバイス、又は１つのプログラマブルデバイスによって実行されてもよいし、物理的に離れて存在する複数のコンピュータ、複数の専用デバイス、又は複数のプログラマブルデバイスの協働によって実行されてもよい。各種処理は、１つ以上のコンピュータ、１つ以上の専用デバイス、及び１つ以上のプログラマブルデバイスのうちの少なくとも２つの組み合わせによって実行されてもよい。
【0176】
１１．その他
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
【0177】
本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」、「有する」、「備える」、「具備する」などの用語は、「記載されたもの以外の構成要素の存在を除外しない」と解釈されるべきである。また、修飾語「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】