薄膜加工とアニール研究に向けたUV光学システム

ラルフ・デルムダール

紫外エキシマレーザは、ピクセルスイッチングの高速化、低消費電力化、軽量化、薄型化やフレキシブル化など、ディスプレイ性能の向上や常に変化する顧客の要求に対応するための製品革新を実現するツールである。

紫外(UV) レーザを用いる各種材料の加工では独自の利点が得られる。とくに波長が短くエネルギーの高いUV光子を用いると、可視や赤外の長い波長よりも小さい回折限界によって、さらに高い空間分解能による材料加工が可能になる。UVレーザによる微細加工は、加工による熱影響ゾーンを最小化することができる。
　UV領域のエキシマレーザは1OOOmJまでのパルスエネルギーと数百W までの高出力が得られる。その結呆、大面積アブレーションや1μmのような微細構造の高速加工が可能になる。
　したがって、最高の品質と再現性をもつ高性能のレーザ加工が必要になる場合には、エキシマレーザが好ましい選択肢になる。結果として、エキシマレーザの利用は半導体デバイスの精密加工、デイスプレイやメデイカルデバイスの製造、さらには科学研究を含めたさまざまな分野に拡大している。
　エキシマレーザの優れたビーム品質と波長特性を活用し、大面積加工や半導体アニールを目的にして、柔軟性のあるUVレーザ加工システムが開発された。これらの製品は、エキシマレーザのUV光を利用して、基板へのマスクパタンの縮小投影とレーザビームの均ー走査を行う。米コヒレント社(Coherent)が開発したVarioLasシリーズの各モデルは、193nm、248nm、308nm 波長のアプリケーションで使用することができる。

柔軟性のあるUVビーム伝送

VarioLasシリーズのマスク投影加工システムとラインビーム走査システムは、同じくコヒレント社のエキシマレーザCOMPexProをベースにしており、高品質の大面積精密加工と表面アニールを手頃な価格で実現している。優れた光学設計と耐久性の高いビーム走査機構ばかりでなく、比類のないパルス—パルス安定性も重要な特徴になっている。
　VarioLasのマスク投影加工システム(ECO/PRO) では、2X2mmの照射サイズの場合に、それぞれ30μmと5μmの加工分解能が得られる。これらは高分子、半導体、セラミック、ガラスなどの材料のUV加工、レーザリフトオフ(ILO) および低温UVアニール処理にとって理想的な空間分解能になる。試料面上の最大エネルギー密度は3.5J/cm2こ達するため、すべての材料の精密微細加工が可能になる。
　また、ラインビーム走査システム(SWEEP) はウエハドーパント活性化や表面アニールなどの大面積処理を50×0.6mmの均一性の高いラインビームで行うことができる。
　これらはいずれもユーザの個別の要求が満たされるように調整される。基本設計に対して、自動ビーム遮断器、インターロック回路、安全クラス1のビームハウジングなどの各種の安全装置を付加できる。また、試料面上のフルーエンス制御、モータ駆動基板ステージなどの便利な制御モジュールと、アブレーションやアニールの結果をその場で監視する同軸カメラ観察装置を取付けることもできる。また、カスタマイズ可能なエキシマレーザビーム投影システムから、制御およびインターロック機能をもつ光学加工システムに至るまでがラインアップされ、ユーザによる選択性を高めている（図1） 。

多層構造の選択加工

UV加工装置によって、さまざまな低温薄膜加工技術の進歩が可能になるが、ここでは三つの分野への応用を簡単に述べる。これらの事例はいずれも線ビーム走在と反復マスク投影による加工に基づいている。
　フレキシブルデイスプレイは商業的に大きな可能性を秘めているが、いくつか大きな技術上の課題があり、加工技術の開発も必要とされているため、その実用化は遅れている。とくに、フレキシブルデイスプレイに使われるプラスチック基板は、従米の方法で取扱うと傷が付きやすく、生産工程のなかで高温に保持されると、その強度は簡単に剛性限界を超えてしまう。

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出典元
https://ex-press.jp/wp-content/uploads/2010/06/201006-9f3.pdf