激光绘图方法和设备转让专利
申请号 : CN200810000234.0
文献号 : CN101266926B
文献日 : 2010-04-21
发明人 : 今西慎悟
申请人 : 索尼株式会社
摘要 :
本发明公开了激光绘图方法和设备。本发明公开了一种激光绘图的方法，包括以下步骤：使来自光源的激光入射在声光衍射元件上，以及通过改变将被输入到元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并使从元件出射的衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上，从而使用光点来扫描对象。衍射光强度控制表被预先准备，该衍射光强度控制表用于控制衍射光的光强度以使之独立于衍射光的衍射角而保持恒定，并且在偏转步骤中，基于衍射光强度控制表来控制衍射光的光强度。
权利要求 :
1.一种激光绘图的方法，包括以下步骤：
使来自光源的激光入射在声光衍射元件上；以及
通过改变将被输入到所述声光衍射元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到所述声光衍射元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并通过中间光学透镜系统和聚光透镜使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光以光点的形式聚集在将被处理的对象上，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述对象，其中衍射光强度控制表被预先准备，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定，并且其中在所述偏转步骤中，基于所述衍射光强度控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的幅度，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述衍射光强度控制表包括频率指示值和幅度控制值，所述频率指示值规定将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的频率，所述幅度控制值用于控制所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定，在通过根据所述频率指示值改变将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的频率来改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角时所述幅度控制值与衍射效率值的倒数成比例。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述衍射光强度控制表是利用衍射光强度检测装置通过下述方式来准备的：所述衍射光强度检测装置接收从所述声光衍射元件出射的所述衍射光中的一部分并且针对输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的每个频率对所述衍射光的光强度进行检测以得到相应的衍射效率值，与所述高频信号的每个频率所对应的所述衍射效率值的倒数成比例的值被存储在所述衍射光强度控制表中，作为所述高频信号的每个频率的幅度控制值。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间光学透镜系统是无焦点中继光学系统。
5.一种激光绘图的方法，包括以下步骤：
使来自光源的激光入射在声光衍射元件上；以及
通过改变将被输入到所述声光衍射元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到所述声光衍射元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并通过中间光学透镜系统和聚光透镜使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光以光点的形式聚集在将被处理的对象上，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述对象，其中衍射角控制表被预先准备，所述衍射角控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，并且其中在所述偏转步骤中，基于所述衍射角控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的频率，从而以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，使得所述衍射光的光点在所述对象上的位置被以恒定速度改变。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述衍射角控制表包括频率控制值，所述频率控制值用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，并且在所述偏转步骤中，所述频率控制值在给定时间段的多个周期中按照所述高频信号的频率的降序或者升序被读出。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述衍射角控制表是利用位置检测装置通过下述方式来准备的：所述位置检测装置接收从所述声光衍射元件出射并从所述对象反射的所述衍射光的反射光并且针对输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的每个频率对所述衍射光的光点在所述对象上的位置进行检测，从而得到所述高频信号的每个频率与对应于所检测到的位置的所述衍射光的衍射角之间的关系。
8.如权利要求5所述的方法，其中，所述中间光学透镜系统是无焦点中继光学系统。
9.一种激光绘图设备，包括：
发射激光的激光源；
在输入高频信号的情况下使从所述光源入射的光发生衍射，以使所述光作为衍射光出射的声光衍射元件；
使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光以光点的形式聚集在将被处理的对象上的中间光学透镜系统和聚光透镜；
输出将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的高频信号输出装置，该高频信号输出装置改变将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光发生偏转以使用所述衍射光的光点来扫描所述将被处理的对象；
衍射光强度检测装置，所述衍射光强度检测装置针对输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的每个频率对从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度进行检测；以及存储有衍射光强度控制表的存储器，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定，其中所述高频信号输出装置基于所述衍射光强度控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的幅度，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述衍射光强度控制表是利用所述衍射光强度检测装置通过下述方式来准备的：所述衍射光强度检测装置接收从所述声光衍射元件出射的所述衍射光中的一部分并且针对输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的每个频率对所述衍射光的光强度进行检测以得到相应的衍射效率值，与所述高频信号的每个频率所对应的所述衍射效率值的倒数成比例的值被存储在所述衍射光强度控制表中，作为所述高频信号的每个频率的幅度控制值。
11.如权利要求9所述的设备，其中，所述中间光学透镜系统是无焦点中继光学系统。
12.一种激光绘图设备，包括：
发射激光的激光源；
在输入高频信号的情况下使从所述光源入射的光发生衍射，以使所述光作为衍射光出射的声光衍射元件；
使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光以光点的形式聚集在将被处理的对象上的中间光学透镜系统和聚光透镜；
输出将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号并改变被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率的高频信号输出装置，该高频信号输出装置改变所述衍射光的衍射角，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述将被处理的对象；
位置检测装置，所述位置检测装置针对输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的每个频率对从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光点在所述对象上的位置进行检测；以及存储有衍射角控制表的存储器，所述衍射角控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，其中所述高频信号输出装置基于所述衍射角控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率，从而以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，使得所述衍射光的光点在所述对象上的位置被以恒定速度改变。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述衍射角控制表是利用所述位置检测装置通过下述方式来准备的：所述位置检测装置接收从所述声光衍射元件出射并从所述对象反射的所述衍射光的反射光并且针对输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的每个频率对所述衍射光的光点在所述对象上的位置进行检测，从而得到所述高频信号的每个频率与对应于所检测到的位置的所述衍射光的衍射角之间的关系。
14.如权利要求12所述的设备，其中，所述中间光学透镜系统是无焦点中继光学系统。
说明书 :
技术领域
本发明涉及适用于激光退火(laser annealing)和其他激光绘图(laserdrawing)的激光绘图方法和激光绘图设备。
背景技术
迄今为止，例如在液晶显示设备和其他平面显示设备中，薄膜晶体管(TFT)被用于开关元件。在液晶显示设备中，在形成在玻璃基板上的硅薄膜中形成薄膜晶体管的有源矩阵方法已被投入实用。在这种薄膜晶体管的微加工中，为了使形成在基板上的非晶硅薄膜结晶，利用激光的激光退火方法被使用。通过使用激光退火方法，可以在500℃左右的低温环境下制造符合要求的硅薄膜晶体管。
在激光退火方法中，从使用声光衍射元件(acousto-optical diffractionelement，在下文中被称为AOD)的衍射光学系统中出射(emerge)的激光被使用。在使用AOD的衍射光学系统中，在被输入高频信号(在下文中被称为RF信号)的AOD中生成超声波，并且入射(incident)到AOD的激光被超声波的波面(wave surface)衍射。
一般说来，通过改变输入到AOD中的RF信号的频率同时使RF信号的幅度保持恒定，入射到AOD并且被使用所输入的RF信号生成的超声波的波面所衍射的激光的衍射角根据RF信号的频率而改变。另外，衍射光的光强度取决于衍射光的衍射角而改变，因为衍射效率(衍射光的光强度/AOD的入射光的光强度)取决于衍射角而改变。
这里参考图1对根据现有技术的衍射激光的光强度的改变的一个示例进行描述。图1图示了当输入到AOD中的RF信号的频率随着时间过去而周期性地线性改变并且该RF信号的幅度被保持恒定时从该AOD出射的衍射光的光强度的改变。
在图1中，RF信号的频率以锯齿波状态周期性地改变，另一方面，RF信号的幅度是恒定的(不论时间)。如果这种RF信号被输入到AOD中，则出射的衍射光波的光强度如图1所示。衍射光的光强度在时刻t1取下限值p1并且在时刻t0取上限值p0。类似地，衍射光的光强度在时刻t2取上限值p2。这里，因此，即使当RF信号的频率随着时间过去而从f0增长到f1并从f1增长到f2时，衍射光的光强度并不相应地增长，并且下限值p1与上限值p2之间的改变如图1所示。
在使用激光退火方法形成薄膜晶体管时，如果衍射激光的光强度被改变同时该衍射激光被偏转(deflect)以对将使用该衍射激光的光点(optical spot)来处理的对象进行扫描时，会对该对象造成不均匀的曝光，从而引起质量的劣化，这是不希望的。
另外，与RF信号的频率改变相关的衍射光的衍射角改变程度取决于RF信号的频率，并且即使RF信号的频率被线性地改变，衍射光的衍射角也不会线性地改变，就是说，衍射光的衍射角不以恒定速度改变。
这里，参考图2描述了根据现有技术的激光的衍射角的改变的一个示例。图2图示了在输入到AOD中的RF信号的频率随着时间过去而周期性地线性改变时从该AOD出射的衍射光的衍射角的改变。
在图2中，RF信号的频率也以锯齿波状态周期性地改变。从图2明白到：如果这种RF信号被输入到AOD中，则随着RF信号的频率增长，衍射光的衍射角也增长。这里，在时刻t1’处，RF信号的频率是f1’并且衍射角取下限值θ1’。在时刻t2’处，RF信号的频率是f2’并且衍射角取上限值θ2’。因此，当RF信号的频率随着时间过去而从f1’线性地增长到f2’时，衍射光的衍射角在下限值θ1’与上限值θ2’之间非线性地改变。就是说，即使当输入到AOD中的RF信号的频率被线性地改变以使入射到该AOD的激光发生衍射并因而使该激光以恒定角速度偏转时，衍射光的衍射角也不会以恒定速度改变(衍射光的角速度不恒定)。
这可被说明如下。当RF信号在AOD中的传播速度是“v”并且RF信号的频率是“f”时，在AOD中形成的压缩波的距离“d”被表示为d＝v/t。以角度θ1入射到压缩波的波面的激光作为一阶衍射光在角度θ2(满足“d×sinθ1+d×sinθ2＝λ”)的方向衍射，其中λ是该激光的波长。这里，当θ1＝θ2时，就是说，当2d×sinθ1＝λ时，衍射效率(衍射光的光强度/AOD的入射光的光强度)变得最大，并且AOD元件一般被布置为使得激光以下述角度入射到该AOD元件：在所述角度处衍射效率变得最大。当上述公式被修改并且θ2被表示为“f”的函数时，θ2＝Sin-1(λf/v-sinθ1)。就是说，衍射光的衍射角θ2相对于RF信号的频率的线性改变而非线性地改变。就是说，衍射光在被偏转时的角速度是不恒定的。
如果衍射激光的衍射角不以恒定速度改变，就是说，如果衍射光在被偏转时的角速度不恒定，则衍射光的光点在将被处理的对象上的位置不以恒定速度移动并引起该对象上的曝光不均匀性，这是不希望的。
在日本未审查的专利申请公开No.2004-87962中公开了在低氧气密度环境下向基板照射激光的激光退火设备。
在激光退火方法中，从使用声光衍射元件(acousto-optical diffractionelement，在下文中被称为AOD)的衍射光学系统中出射(emerge)的激光被使用。在使用AOD的衍射光学系统中，在被输入高频信号(在下文中被称为RF信号)的AOD中生成超声波，并且入射(incident)到AOD的激光被超声波的波面(wave surface)衍射。
一般说来，通过改变输入到AOD中的RF信号的频率同时使RF信号的幅度保持恒定，入射到AOD并且被使用所输入的RF信号生成的超声波的波面所衍射的激光的衍射角根据RF信号的频率而改变。另外，衍射光的光强度取决于衍射光的衍射角而改变，因为衍射效率(衍射光的光强度/AOD的入射光的光强度)取决于衍射角而改变。
这里参考图1对根据现有技术的衍射激光的光强度的改变的一个示例进行描述。图1图示了当输入到AOD中的RF信号的频率随着时间过去而周期性地线性改变并且该RF信号的幅度被保持恒定时从该AOD出射的衍射光的光强度的改变。
在图1中，RF信号的频率以锯齿波状态周期性地改变，另一方面，RF信号的幅度是恒定的(不论时间)。如果这种RF信号被输入到AOD中，则出射的衍射光波的光强度如图1所示。衍射光的光强度在时刻t1取下限值p1并且在时刻t0取上限值p0。类似地，衍射光的光强度在时刻t2取上限值p2。这里，因此，即使当RF信号的频率随着时间过去而从f0增长到f1并从f1增长到f2时，衍射光的光强度并不相应地增长，并且下限值p1与上限值p2之间的改变如图1所示。
在使用激光退火方法形成薄膜晶体管时，如果衍射激光的光强度被改变同时该衍射激光被偏转(deflect)以对将使用该衍射激光的光点(optical spot)来处理的对象进行扫描时，会对该对象造成不均匀的曝光，从而引起质量的劣化，这是不希望的。
另外，与RF信号的频率改变相关的衍射光的衍射角改变程度取决于RF信号的频率，并且即使RF信号的频率被线性地改变，衍射光的衍射角也不会线性地改变，就是说，衍射光的衍射角不以恒定速度改变。
这里，参考图2描述了根据现有技术的激光的衍射角的改变的一个示例。图2图示了在输入到AOD中的RF信号的频率随着时间过去而周期性地线性改变时从该AOD出射的衍射光的衍射角的改变。
在图2中，RF信号的频率也以锯齿波状态周期性地改变。从图2明白到：如果这种RF信号被输入到AOD中，则随着RF信号的频率增长，衍射光的衍射角也增长。这里，在时刻t1’处，RF信号的频率是f1’并且衍射角取下限值θ1’。在时刻t2’处，RF信号的频率是f2’并且衍射角取上限值θ2’。因此，当RF信号的频率随着时间过去而从f1’线性地增长到f2’时，衍射光的衍射角在下限值θ1’与上限值θ2’之间非线性地改变。就是说，即使当输入到AOD中的RF信号的频率被线性地改变以使入射到该AOD的激光发生衍射并因而使该激光以恒定角速度偏转时，衍射光的衍射角也不会以恒定速度改变(衍射光的角速度不恒定)。
这可被说明如下。当RF信号在AOD中的传播速度是“v”并且RF信号的频率是“f”时，在AOD中形成的压缩波的距离“d”被表示为d＝v/t。以角度θ1入射到压缩波的波面的激光作为一阶衍射光在角度θ2(满足“d×sinθ1+d×sinθ2＝λ”)的方向衍射，其中λ是该激光的波长。这里，当θ1＝θ2时，就是说，当2d×sinθ1＝λ时，衍射效率(衍射光的光强度/AOD的入射光的光强度)变得最大，并且AOD元件一般被布置为使得激光以下述角度入射到该AOD元件：在所述角度处衍射效率变得最大。当上述公式被修改并且θ2被表示为“f”的函数时，θ2＝Sin-1(λf/v-sinθ1)。就是说，衍射光的衍射角θ2相对于RF信号的频率的线性改变而非线性地改变。就是说，衍射光在被偏转时的角速度是不恒定的。
如果衍射激光的衍射角不以恒定速度改变，就是说，如果衍射光在被偏转时的角速度不恒定，则衍射光的光点在将被处理的对象上的位置不以恒定速度移动并引起该对象上的曝光不均匀性，这是不希望的。
在日本未审查的专利申请公开No.2004-87962中公开了在低氧气密度环境下向基板照射激光的激光退火设备。
发明内容
当利用激光退火方法形成薄膜晶体管时，如果衍射激光的光强度改变同时该衍射激光被偏转并被照射在将被处理的对象上，会在该对象上造成曝光不均匀。另外，如果衍射激光的光点在对象上的位置不以恒定速度移动，也会在对象上造成曝光不均匀。因为曝光不均匀会造成质量劣化，所以希望避免曝光不均匀。
本发明是在考虑到上述问题以及其他问题之后做出的，并提供了以恒定速度改变衍射激光的光点在处理对象上的位置并且/或者独立于激光的衍射角使衍射激光的光强度保持恒定的激光绘图方法和激光绘图设备。
根据本发明的一种实施方式，一种激光绘图方法包括以下步骤：使来自光源的激光入射在声光衍射元件上；以及通过改变将被输入到所述声光衍射元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到所述声光衍射元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并通过中间光学透镜系统和聚光透镜使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述对象。衍射光强度控制表被预先准备，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。在所述偏转步骤中，基于所述衍射光强度控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的幅度，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。
根据本发明的另一种实施方式，一种激光绘图方法包括以下步骤：使来自光源的激光入射在声光衍射元件上；以及通过改变将被输入到所述声光衍射元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到所述声光衍射元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并通过中间光学透镜系统和聚光透镜使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述对象。衍射角控制表被预先准备，所述衍射角控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角。在所述偏转步骤中，基于所述衍射角控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的频率，从而以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，使得所述衍射光的光点在所述对象上的位置被以恒定速度改变。
根据本发明的又一种实施方式，一种激光绘图设备包括：发射激光的激光源；在输入高频信号的情况下使从所述光源入射的光发生衍射的声光衍射元件；使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上的中间光学透镜系统和聚光透镜；以及输出将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的高频信号输出装置。所述高频信号输出装置改变将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以改变所述衍射光的衍射角，从而使所述衍射光发生偏转以使用所述衍射光的光点来扫描所述将被处理的对象。所述设备还包括衍射光强度检测装置，所述衍射光强度检测装置针对所述衍射光的每个衍射角对所述衍射光的光强度进行检测；以及衍射光强度控制表，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。该表是利用所述衍射光强度检测装置预先准备的。所述高频信号输出装置基于所述衍射光强度控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的幅度，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。
根据本发明的又一种实施方式，一种激光绘图设备包括：发射激光的激光源；在输入高频信号的情况下使从所述光源入射的光发生衍射的声光衍射元件；使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上的中间光学透镜系统和聚光透镜；以及输出将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的高频信号的高频信号输出装置。该高频信号输出装置改变将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率，以便改变所述衍射光的衍射角，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述将被处理的对象。所述设备还包括位置检测装置，所述位置检测装置针对所述高频信号的每个频率对所述衍射光的光点在所述对象上的位置进行检测；以及衍射角控制表，所述衍射角控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角。该表是利用所述位置检测装置预先准备的。所述高频信号输出装置基于所述衍射角控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率，从而以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，使得所述衍射光的光点在所述对象上的位置被以恒定速度改变。
根据本发明，可以通过准备衍射光强度控制表并通过基于该衍射光强度控制表控制将被输入到声光衍射元件中的高频信号的幅度来使从声光衍射元件出射的衍射光的光强度独立于该衍射光的衍射角而保持恒定，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件的高频信号的幅度以使从声光衍射元件出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定。
另外，根据本发明，可以通过准备衍射角控制表并基于该衍射角控制表控制将被输入到声光衍射元件中的RF信号的频率来以恒定速度改变入射到声光衍射元件并由于输入到声光衍射元件中的RF信号而发生衍射的激光的衍射角，所述衍射角控制表用于控制将被输入到声光衍射元件中的高频信号的频率以便以恒定速度改变从声光衍射元件出射的衍射光的衍射角。
根据本发明的激光绘图方法和激光绘图设备，在诸如激光退火这样的激光绘图中，可以使从声光衍射元件出射的衍射光的光强度独立于该衍射光的衍射角而保持恒定并且/或者可以以恒定速度改变衍射光的衍射角，从而以恒定速度移动衍射光的光点在将被处理的对象上的位置。
本发明是在考虑到上述问题以及其他问题之后做出的，并提供了以恒定速度改变衍射激光的光点在处理对象上的位置并且/或者独立于激光的衍射角使衍射激光的光强度保持恒定的激光绘图方法和激光绘图设备。
根据本发明的一种实施方式，一种激光绘图方法包括以下步骤：使来自光源的激光入射在声光衍射元件上；以及通过改变将被输入到所述声光衍射元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到所述声光衍射元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并通过中间光学透镜系统和聚光透镜使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述对象。衍射光强度控制表被预先准备，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。在所述偏转步骤中，基于所述衍射光强度控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的幅度，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。
根据本发明的另一种实施方式，一种激光绘图方法包括以下步骤：使来自光源的激光入射在声光衍射元件上；以及通过改变将被输入到所述声光衍射元件中以使光发生衍射的高频信号的频率使入射到所述声光衍射元件的光发生偏转，从而改变衍射光的衍射角，并通过中间光学透镜系统和聚光透镜使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述对象。衍射角控制表被预先准备，所述衍射角控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角。在所述偏转步骤中，基于所述衍射角控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的频率，从而以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，使得所述衍射光的光点在所述对象上的位置被以恒定速度改变。
根据本发明的又一种实施方式，一种激光绘图设备包括：发射激光的激光源；在输入高频信号的情况下使从所述光源入射的光发生衍射的声光衍射元件；使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上的中间光学透镜系统和聚光透镜；以及输出将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的高频信号输出装置。所述高频信号输出装置改变将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以改变所述衍射光的衍射角，从而使所述衍射光发生偏转以使用所述衍射光的光点来扫描所述将被处理的对象。所述设备还包括衍射光强度检测装置，所述衍射光强度检测装置针对所述衍射光的每个衍射角对所述衍射光的光强度进行检测；以及衍射光强度控制表，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的幅度以使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。该表是利用所述衍射光强度检测装置预先准备的。所述高频信号输出装置基于所述衍射光强度控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件的所述高频信号的幅度，从而使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的光强度独立于所述衍射光的衍射角而保持恒定。
根据本发明的又一种实施方式，一种激光绘图设备包括：发射激光的激光源；在输入高频信号的情况下使从所述光源入射的光发生衍射的声光衍射元件；使从所述声光衍射元件出射的所述衍射光作为光点聚集在将被处理的对象上的中间光学透镜系统和聚光透镜；以及输出将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的高频信号的高频信号输出装置。该高频信号输出装置改变将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率，以便改变所述衍射光的衍射角，从而使用所述衍射光的光点来扫描所述将被处理的对象。所述设备还包括位置检测装置，所述位置检测装置针对所述高频信号的每个频率对所述衍射光的光点在所述对象上的位置进行检测；以及衍射角控制表，所述衍射角控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率以便以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角。该表是利用所述位置检测装置预先准备的。所述高频信号输出装置基于所述衍射角控制表来控制将被输入到所述声光衍射元件中的所述高频信号的频率，从而以恒定速度改变从所述声光衍射元件出射的所述衍射光的衍射角，使得所述衍射光的光点在所述对象上的位置被以恒定速度改变。
根据本发明，可以通过准备衍射光强度控制表并通过基于该衍射光强度控制表控制将被输入到声光衍射元件中的高频信号的幅度来使从声光衍射元件出射的衍射光的光强度独立于该衍射光的衍射角而保持恒定，所述衍射光强度控制表用于控制将被输入到所述声光衍射元件的高频信号的幅度以使从声光衍射元件出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定。
另外，根据本发明，可以通过准备衍射角控制表并基于该衍射角控制表控制将被输入到声光衍射元件中的RF信号的频率来以恒定速度改变入射到声光衍射元件并由于输入到声光衍射元件中的RF信号而发生衍射的激光的衍射角，所述衍射角控制表用于控制将被输入到声光衍射元件中的高频信号的频率以便以恒定速度改变从声光衍射元件出射的衍射光的衍射角。
根据本发明的激光绘图方法和激光绘图设备，在诸如激光退火这样的激光绘图中，可以使从声光衍射元件出射的衍射光的光强度独立于该衍射光的衍射角而保持恒定并且/或者可以以恒定速度改变衍射光的衍射角，从而以恒定速度移动衍射光的光点在将被处理的对象上的位置。
附图说明
图1是图示根据现有技术的衍射激光的光强度的一个示例的示意图。
图2是图示根据现有技术的衍射激光的衍射角的一个示例的示意图。
图3是图示根据本发明的一种实施方式的激光绘图设备的示图。
图4是用于说明在激光绘图设备中使用的衍射光强度控制表的示图。
图5是用于说明基于衍射光强度控制表的输入到激光绘图设备中的AOD的RF信号的频率和幅度与从AOD出射的衍射光的光强度之间的关系的示图。
图6是用于说明在激光绘图设备中使用的衍射角控制表的示图。
图7是用于说明基于衍射角控制表的输入到AOD中的RF信号的频率与从AOD出射的衍射光的衍射角之间的关系的示图。
图8是图示使用激光绘图设备的光电二极管和位置检测装置进行检测的结果的示图，在RF信号基于衍射光强度控制表受控时和在RF信号未基于衍射光强度控制表受控时衍射光的光强度，以及在RF信号基于衍射角控制表受控时和在RF信号未基于衍射角控制表受控时衍射光的光点在将被处理的对象上的位置。
图2是图示根据现有技术的衍射激光的衍射角的一个示例的示意图。
图3是图示根据本发明的一种实施方式的激光绘图设备的示图。
图4是用于说明在激光绘图设备中使用的衍射光强度控制表的示图。
图5是用于说明基于衍射光强度控制表的输入到激光绘图设备中的AOD的RF信号的频率和幅度与从AOD出射的衍射光的光强度之间的关系的示图。
图6是用于说明在激光绘图设备中使用的衍射角控制表的示图。
图7是用于说明基于衍射角控制表的输入到AOD中的RF信号的频率与从AOD出射的衍射光的衍射角之间的关系的示图。
图8是图示使用激光绘图设备的光电二极管和位置检测装置进行检测的结果的示图，在RF信号基于衍射光强度控制表受控时和在RF信号未基于衍射光强度控制表受控时衍射光的光强度，以及在RF信号基于衍射角控制表受控时和在RF信号未基于衍射角控制表受控时衍射光的光点在将被处理的对象上的位置。
具体实施方式
在下文中，参考附图描述了本发明的实施方式。
图3图示了根据本发明一种实施方式的激光绘图设备。根据该实施方式的激光绘图设备1包括激光源2和AOD 4，激光源2发射激光，AOD 4使从光源2入射的激光发生衍射并从而使其发生偏转以使该激光作为衍射光出射。激光绘图设备1还包括构成充当中间光学透镜系统的无焦点中继(afocal-relay)光学系统的第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b，并包括与作为所要处理的对象的样本15相对的物镜7。物镜7是聚光透镜(condensing lens)。从AOD 4出射的衍射激光5通过第一fθ透镜组6a、第二fθ透镜组6b和物镜7而被聚集为样本15上的衍射激光的光点。准直透镜(collimator lens)3被布置在激光源2与AOD 4之间，以便使激光成为平行光。对于激光源2，例如可以使用半导体激光。
第一分束器(beam splitter)5a和第二分束器5b被布置在AOD 4与第一fθ透镜组6a之间的光路上。从AOD 4出射的衍射光中的一部分被第一分束器5a反射并通过第一聚光透镜在光电二极管9上被接收到，所述光电二极管9充当对衍射光的光强度进行检测的衍射光强度检测装置。从而，衍射光的光强度被用光电二极管9检测到。穿过相应的透镜(第一fθ透镜组6a、第二fθ透镜组6b和物镜7)并由将被处理的对象(样本15)反射的、从AOD 4出射的衍射光的回光(return light)被第二分束器5b反射并通过第二聚光透镜8b被位置检测装置10接收到，所述位置检测装置10充当对样本15上的衍射光的光点的位置进行检测的位置检测装置。从而，对象上的衍射光的光点的位置被检测到。
激光绘图设备1还包括RF信号输出装置13，该RF信号输出装置13输出将被输入到AOD 4中以使入射到AOD 4的激光发生衍射的RF信号。如稍后描述，RF信号输出装置13向AOD 4提供RF信号，同时控制RF信号的幅度和/或频率，以便使从AOD 4出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定并且/或者以恒定速度改变衍射光的衍射角从而以恒定速度移动衍射光的光点在样本15上的位置。RF信号输出装置13通过参考衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12来控制输出RF信号的频率和/或幅度，所述衍射光强度控制表11用于控制从AOD 4出射的衍射光的光强度以使之独立于衍射光的衍射角而保持恒定，所述衍射角控制表12用于控制衍射光的衍射角以使之以恒定速度改变。所要参考的用于控制从AOD 4出射的衍射光的光强度的衍射光强度控制表11和所要参考的用于控制衍射光的衍射角的衍射角控制表12被存储在未示出的存储单元中。
在衍射光强度控制表11中，用于控制从AOD 4出射的衍射光的光强度以使之独立于衍射光的衍射角而保持恒定的控制值被存储。将被存储在衍射光强度控制表11中的值如稍后描述是使用光电二极管9预先准备的。另外，在衍射角控制表12中，用于控制从AOD 4出射的衍射光的衍射角以使之以恒定速度改变的控制值被存储。将被存储在衍射角控制表12中的值是使用位置检测装置10预先准备的。
第一fθ透镜组6a可以例如由一组中的两片透镜构成，第二fθ透镜组6b可以例如由三组中的四片透镜构成。第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b被布置为彼此相对，使得相应的后侧焦点彼此一致并使得第一fθ透镜组6a的前侧焦点与AOD 4的衍射位置一致并使得第二fθ透镜组6b的前侧焦点与物镜7的入射孔的位置一致。从而，第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜起到几乎没有像差的无焦点中继光学系统的作用。
现在，利用上面描述的激光绘图设备1，描述根据本发明一种实施方式的激光绘图方法。
如图3所示，光源2发射激光。对于激光，例如可以使用具有405nm波长的蓝色激光。通过将发散光转换为平行光的准直透镜3使从光源2发射的激光变成平行光。转换为平行光的激光进入AOD 4，该AOD 4发出激光的一阶衍射光(在下文中被称为衍射光)。把AOD 4出射的衍射光用作绘图激光束(例如作为用于曝光的光束)，并且在该衍射光被衍射时使之扫描在样本15上并从而通过输入到AOD 4中的RF信号在预定角度范围内使该衍射光偏转。可以通过改变将被输入到AOD 4中的RF信号的频率来控制衍射光的偏转方向。
从AOD 4出射的衍射光穿过第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b并被物镜7聚集以便照射在样本15上，并且同时，基于AOD 4处的衍射光的偏转使衍射光扫描在样本15上，从而进行了激光绘图。在该实施方式中，从AOD 4出射的衍射光的衍射角(即衍射光的偏转角)的范围被设为预定范围。在该实施方式中，衍射角被设在大约35mrad。在这种情况下，光轴在距离AOD 4的衍射位置200mm的物镜7的入射面上被偏离大约土3.5mm。
如果使照射样本15的衍射光的光圈缩小(stop down)的物镜的入射孔直径是Φ3.8mm，则衍射光几乎不进入物镜7的入射孔。因此，在该实施方式中，通过由第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b构成的无焦点中继光学系统使衍射光在与AOD 4的衍射位置相对应的位置处入射到物镜7的入射孔。然后，使全部衍射光入射到物镜7的入射孔并使之聚集在样本15上。
RF信号输出装置13读出衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12，并且基于衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号，以便使从AOD 4出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定并且/或者以恒定速度改变衍射光的衍射角。衍射光强度控制表11和衍射角控制表12与从AOD 4出射的衍射光的衍射角和强度的改变之间的关系将被稍后描述。
接着，准备衍射光强度控制表11和衍射光角度控制表12的方法被描述。衍射光强度控制表11和衍射光角度控制表12是利用激光绘图设备1准备的。
首先，利用激光绘图设备1来准备衍射光强度控制表11的方法被描述。从AOD 4出射的衍射激光的一部分被分开光通量的第一分束器5a反射并被会聚至第一聚光透镜8a。会聚至第一聚光透镜8a的激光被聚集到光电二极管9，该光电二极管9将检测到的光转换为电信号。从而，衍射光的光强度被检测到。这时，调整第一分束器5a、第一聚光透镜8a和光电二极管9的对齐，使得每个任意衍射角(稍后描述)的衍射光被光电二极管9检测到。然后，基于衍射光强度检测装置的检测结果(即每个衍射角的衍射光的光强度)，衍射光强度控制表11被准备(稍后详细描述)。
接着，利用激光绘图设备1准备衍射角控制表12的示例性方法被描述。从AOD 4出射并穿过物镜7的衍射光被会聚在样本15的表面上。样本15所反射的衍射光的回光依次穿过物镜7、第二fθ透镜组6b和第一fθ透镜组6a，并且穿过第一fθ透镜组6a的回光中的一部分被第二分束器5b反射并被会聚至第二聚光透镜8b。第二聚光透镜8b所会聚的回光被检测衍射光的聚集光点在样本15上的位置的位置检测装置10接收到，并且衍射光的光点在样本15上的位置从而被检测到。然后，基于位置检测装置10的检测结果，输入到AOD 4中的使入射激光发生衍射的RF信号的频率与衍射光的光点在样本15上的位置之间的关系被得到。这时，第二分束器5b、第二聚光透镜8b和位置检测装置10的对齐被调整，使得每个任意衍射角的衍射光(RF信号的频率)被位置检测装置10检测到。然后，基于RF信号的频率与衍射光的光点在样本15上的位置之间的关系，衍射角控制表12被准备(稍后详细描述)。
这里，向AOD 4输出RF信号的RF信号输出装置13利用衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12来控制RF信号的幅度和/或频率，并且从AOD 4出射的衍射光的强度和/或衍射角从而被控制。
接着，参考图4对根据本发明该实施方式的在激光绘图设备1中使用的衍射光强度控制表11的一个示例进行详细描述。
如上面描述，因为衍射效率(衍射光的光强度/AOD 4的入射光的光强度)取决于衍射角而改变，所以衍射光的光强度取决于衍射光的衍射角而改变，结果在样本15上造成曝光不均匀。并且，如上面描述，当提供给AOD 4的RF信号的频率增长时，衍射光强度改变(见图1)。在该实施方式中的激光绘图设备1中，提供给AOD 4的RF信号的幅度被控制为使得从AOD 4出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定。
在衍射光强度控制表11中，第一频率指示值被预先记录，该第一频率指示值规定了将被输入到AOD 4中以改变入射光的衍射角的RF信号的频率的范围。另外，在该实施方式中，将RF信号的频率范围分割为8个相等部分的9个分割点F1-F9被提供。入射到AOD 4的激光的衍射角的范围是基于第一频率指示值确定的(例如被确定为35mrad)。
在利用激光绘图设备1准备衍射光强度表11时，RF信号输出装置13基于衍射光强度表11的第一频率指示值来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率。在RF信号的幅度被设为可能的最大值的状态下，对于每个衍射角度(对于9个分割点的每个频率)使用光电二极管9检测到从AOD4出射的衍射光的光强度，并且基于检测结果为相应的衍射角(频率)得到衍射效率(衍射光的光强度/AOD 4的入射光的光强度)的值，并且为相应的衍射角度(频率)确定所得到的衍射效率值的倒数(inversenumber)。与从分割点F1-F9偏离的衍射角(频率)有关的衍射效率值的倒数被样条曲线(spline curve)补充。然后，检测到的衍射光强度为最低时的衍射角(频率)被当作标准，并且与所得到的衍射效率的相应倒数成比例的值被确定，使得每个衍射角(频率)的衍射光的光强度变为与最低光强度相同。与衍射光的相应衍射角(频率)的衍射效率的倒数成比例的值被存储在衍射光强度控制表11中，作为RF信号的相应频率的幅度控制值。
RF信号输出装置13从衍射光强度控制表11中读出幅度控制值并根据这些幅度控制值来控制将被输出的RF信号的幅度，从而可以控制从AOD4出射的衍射光的光强度。因为与从分割点Fx-F9偏离的衍射角(频率)有关的衍射效率值的倒数被样条曲线补充，所以即使当激光被以下述衍射角衍射时，也可以使衍射光强度基本保持恒定：在所述衍射角处衍射光的光强度尚未用光电二极管9实际检测到。
图5图示了在已经基于衍射光强度控制表11来控制RF信号的幅度时输入到AOD 4的RF信号的频率与从AOD 4出射的衍射光的光强度之间的关系。
RF信号输出装置13从衍射光强度控制表11中读出第一频率指示值。然后，响应于频率的改变，基于衍射光强度控制表11的幅度控制值来控制频率范围的9个分割点F1-F9处的RF信号的幅度。RF信号输出装置13所输出的RF信号的频率在时刻T1与T9之间从下限值F1改变为上限值F9，并且同时，RF信号的幅度如图5所示在下限值A1与上限值A2之间改变。因此，响应于RF信号的频率而控制RF信号的幅度，从而将从AOD4出射的衍射光的光强度控制为固定值P。
接着，参考图6对根据本发明该实施方式的在激光绘图设备1中使用的衍射角控制表12的一个示例进行详细描述。
如上面描述，当从AOD 4出射的衍射光的衍射角随着将被输入到AOD 4中的RF信号的频率的改变而改变时，从AOD 4出射的衍射光的聚集光点在样本15上的位置被移动。同时，即使RF信号的频率被线性地改变，衍射角也不以恒定速度改变(见图2)，并有可能在样本15上造成曝光不均匀。因此，在该实施方式的激光绘图设备1中，为了以恒定速度改变从AOD 4出射的衍射光的衍射角，基于衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率。
在衍射角控制表12中，为了改变入射激光的衍射角，规定将被输入到AOD 4中的RF信号的频率的第二频率指示值被预先记录。基于第二频率指示值，将被输入到AOD 4中的RF信号的频率的范围被确定。另外，在该实施方式中，基于第二频率指示值将RF信号的频率范围分割为8个相等部分的9个分割点被提供。
在利用激光绘图设备1准备衍射角控制表12时，RF信号输出装置13基于衍射角控制表12的第二频率指示值向AOD 4提供RF信号。然后，使用位置检测装置10为RF信号的频率范围的9个分割点中的每一个分割点得到从AOD 4出射的衍射光的光点的位置信息，并且基于所得到的位置信息，顺序地确定将被输入到AOD 4中以得到衍射光的期望衍射角(衍射光的光点在对象上的期望位置)的RF信号的频率。相应分割点之间的RF信号的频率被样条曲线补充。图6图示了这样确定的频率F’1-F’9与相对应的衍射角θ1-θ9之间的关系。在衍射角控制表12中，规定这样确定的RF信号的频率的值被存储作为频率控制值。
RF信号输出装置13读出衍射角度控制表12的频率控制值，并根据这些频率控制值来控制将被输入到ADO 4中的RF信号的频率。衍射角控制表12的频率控制值可被连续地从较小或者较大衍射角的频率控制值开始顺序地读出。因为相应分割点之间的RF信号的频率被样条曲线补充，所以即使当激光在尚未使用位置检测装置10实际检测到衍射光的光点在对象15上的位置处的衍射角被衍射时，从AOD 4出射的衍射光的衍射角也被以恒定速度改变并且样本15上的衍射激光的光点从而被以恒定速度移动。
图7图示了在已经基于衍射角控制表12的频率控制值来控制RF信号的频率时被输入到AOD 4中的RF信号的频率与从AOD 4出射的衍射光的衍射角之间的关系。
RF信号输出装置13从衍射角控制表12读出频率控制值并根据这些频率控制值来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率。RF信号输出装置13所输出的RF信号的频率在时刻T1与T9之间从下限值F1’改变为上限值F2’，并且此时，衍射光的衍射角如图7所示在下限值θ1与上限值θ2之间改变。因此，基于衍射角控制表12响应于RF信号的频率的改变而以恒定速度改变从AOD 4出射的衍射光的衍射角，从而以恒定速度改变衍射光的光点在对象上的位置。
通常，在使用AOD的衍射光学系统中，在被输入RF信号的AOD中生成超声波并且入射到AOD的激光被该超声波的波面衍射，使得难于将使用衍射光强度检测装置对衍射光的光强度进行检测的结果反馈用于控制RF信号。因此，在此实施方式中，衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12被预先准备并被存储在激光绘图设备1中。然后，在没有将使用光电二极管9对衍射光的光强度进行检测和/或使用位置检测装置10对衍射光的光点在样本15上的位置进行检测的结果反馈的情况下，将被输入到AOD 4的RF信号的幅度和/或频率可以被正确地控制。因此，可以使从AOD 4出射的衍射光的光强度保持恒定并可以以恒定速度改变衍射光的衍射角。
这里，参考图8来描述利用光电二极管9和位置检测装置10对从AOD 4出射的衍射光的光强度和衍射光的光点在样本15上的位置进行检测的实际结果。RF信号输出装置13所输出的RF信号的周期被设为100μsec。图8图示了在示波器上显示的波形。
波形21图示了在未基于衍射光强度控制表11来控制将被输入到AOD4中的RF信号的幅度时从AOD 4出射的衍射光的光强度。波形21由于光学调整的偏差而略微不对称。波形22图示了在已经基于衍射光强度控制表11来控制将被输入到AOD 4中的RF信号时从AOD 4出射的衍射光的光强度。从波形22明白到衍射光的光强度被保持为基本固定的值。
波形23图示了在未基于衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率时从AOD 4出射的衍射光的光点在样本15上的位置。波形23是基本为线形的平缓曲线。波形24图示了在已经基于衍射角控制表12来控制RF信号的频率时从AOD 4出射的衍射光在样本15上的位置。从波形24明白到衍射光的光点在样本15上的位置基本以恒定速度改变。
根据上面描述的实施方式，RF信号输出装置13基于衍射光强度控制表11来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的幅度，从AOD 4出射的衍射光的光强度从而独立于衍射光的衍射角被保持恒定。另外，RF信号输出装置13基于衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率，从AOD 4出射的衍射光的衍射角从而被以恒定速度改变，就是说，衍射光的角速度被保持恒定，衍射光的光点在样本15上的位置从而被以恒定速度移动。因此，例如在对样本进行退火处理时，在微加工的样本中避免了曝光不均匀。
当衍射效率取决于AOD而变化或者耦合效率取决于光学系统而变化时，衍射光强度控制表11和衍射角控制表12的相应指示值和控制值可被适当地调整。
另外，在使照射的激光直接入射在物镜上的相关技术的激光绘图设备中，光学系统的光轴发生偏离。然后，当可以得到较大衍射角的AOD被使用时，从该AOD出射的全部衍射光不进入物镜的入射孔，衍射光的光强度从而极大地减小。另一方面，在此实施方式的激光绘图设备1中，通过将中间光学透镜系统提供作为无焦点中继光学系统，可以使从AOD 4出射并入射在物镜7上的衍射光的光轴在独立于衍射光的衍射角的情况下与物镜7的入射孔的中心一致。从而避免了在相关技术的激光绘图设备中发生的上述问题。
根据本发明的上述实施方式，可以基于衍射光强度控制表11和衍射角控制表12中的任一个或者二者来控制将被输入到AOD 4中的RF信号。当准备用于基于衍射光强度控制表11和衍射角控制表12两者来控制RF信号的衍射光强度控制表11时，基于衍射角控制表12的频率控制值确定的RF信号的频率被用于衍射光强度控制表11的第一频率指示值。然后，RF信号输出装置13基于衍射角控制表12的充当衍射光强度控制表11中的第一频率指示值的频率控制值来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率，从而以与如上所述类似的方式为RF信号的相应频率得到幅度控制值。
在上面描述的实施方式中，当准备衍射光强度控制表11时，与所得到的衍射效率值的相应倒数成比例的作为幅度控制值的值被确定，使得衍射光在除标准衍射角(频率)之外的每个衍射角(频率)处的光强度变得与最低光强度相同。但是，与所得到的衍射效率值的相应倒数成比例的作为幅度控制值的值可被以其它方式适当地确定，例如取决于样本15的种类来确定。
另外，在衍射光强度控制表11和衍射角控制表12中，将RF信号的频率分割的9个分割点被分别提供，但是，RF信号的一个周期内的分割点的数目不限于9个点(8个分割部分)。例如，分割点的数目可以是5个点(4个分割部分)或是41个点(40个分割部分)。
另外，构成激光绘图设备1的中间光学透镜系统的透镜组是由fθ透镜组构成的，但是，只要AOD 4与样本15的前级中的最后一个聚光透镜(在此实施方式中是物镜7)的入射孔表面之间的位置关系与无焦点中继光学系统中的类似，所述透镜组就可以由除fθ透镜组之外的透镜组构成。
另外，激光绘图设备1已被描述为在用于制造薄膜晶体管(例如用于液晶显示设备)的激光退火中使用的情况的一个示例，但是，激光绘图设备1可被配置为通过在玻璃表面上以相等间隔雕刻细平行凹槽并通过在这些凹槽中布置线路偏转特定光线来制造线栅(wire-grid)偏振器。激光绘图设备1可被用于其他微加工。
本发明不限于上述的相应实施方式，并且可以在不脱离本发明的要旨的情况下具有各种其他布置。
本领域技术人员应当明白，各种修改、组合、子组合和变更可以取决于设计要求和其他因素而发生，只要它们属于所附权利要求书或其等同物的范围之内。
本发明包含与2007年1月24日在日本专利厅提交的日本专利申请No.2007-014002相关的主题，上述申请的全部内容通过引用而结合与此。
图3图示了根据本发明一种实施方式的激光绘图设备。根据该实施方式的激光绘图设备1包括激光源2和AOD 4，激光源2发射激光，AOD 4使从光源2入射的激光发生衍射并从而使其发生偏转以使该激光作为衍射光出射。激光绘图设备1还包括构成充当中间光学透镜系统的无焦点中继(afocal-relay)光学系统的第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b，并包括与作为所要处理的对象的样本15相对的物镜7。物镜7是聚光透镜(condensing lens)。从AOD 4出射的衍射激光5通过第一fθ透镜组6a、第二fθ透镜组6b和物镜7而被聚集为样本15上的衍射激光的光点。准直透镜(collimator lens)3被布置在激光源2与AOD 4之间，以便使激光成为平行光。对于激光源2，例如可以使用半导体激光。
第一分束器(beam splitter)5a和第二分束器5b被布置在AOD 4与第一fθ透镜组6a之间的光路上。从AOD 4出射的衍射光中的一部分被第一分束器5a反射并通过第一聚光透镜在光电二极管9上被接收到，所述光电二极管9充当对衍射光的光强度进行检测的衍射光强度检测装置。从而，衍射光的光强度被用光电二极管9检测到。穿过相应的透镜(第一fθ透镜组6a、第二fθ透镜组6b和物镜7)并由将被处理的对象(样本15)反射的、从AOD 4出射的衍射光的回光(return light)被第二分束器5b反射并通过第二聚光透镜8b被位置检测装置10接收到，所述位置检测装置10充当对样本15上的衍射光的光点的位置进行检测的位置检测装置。从而，对象上的衍射光的光点的位置被检测到。
激光绘图设备1还包括RF信号输出装置13，该RF信号输出装置13输出将被输入到AOD 4中以使入射到AOD 4的激光发生衍射的RF信号。如稍后描述，RF信号输出装置13向AOD 4提供RF信号，同时控制RF信号的幅度和/或频率，以便使从AOD 4出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定并且/或者以恒定速度改变衍射光的衍射角从而以恒定速度移动衍射光的光点在样本15上的位置。RF信号输出装置13通过参考衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12来控制输出RF信号的频率和/或幅度，所述衍射光强度控制表11用于控制从AOD 4出射的衍射光的光强度以使之独立于衍射光的衍射角而保持恒定，所述衍射角控制表12用于控制衍射光的衍射角以使之以恒定速度改变。所要参考的用于控制从AOD 4出射的衍射光的光强度的衍射光强度控制表11和所要参考的用于控制衍射光的衍射角的衍射角控制表12被存储在未示出的存储单元中。
在衍射光强度控制表11中，用于控制从AOD 4出射的衍射光的光强度以使之独立于衍射光的衍射角而保持恒定的控制值被存储。将被存储在衍射光强度控制表11中的值如稍后描述是使用光电二极管9预先准备的。另外，在衍射角控制表12中，用于控制从AOD 4出射的衍射光的衍射角以使之以恒定速度改变的控制值被存储。将被存储在衍射角控制表12中的值是使用位置检测装置10预先准备的。
第一fθ透镜组6a可以例如由一组中的两片透镜构成，第二fθ透镜组6b可以例如由三组中的四片透镜构成。第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b被布置为彼此相对，使得相应的后侧焦点彼此一致并使得第一fθ透镜组6a的前侧焦点与AOD 4的衍射位置一致并使得第二fθ透镜组6b的前侧焦点与物镜7的入射孔的位置一致。从而，第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜起到几乎没有像差的无焦点中继光学系统的作用。
现在，利用上面描述的激光绘图设备1，描述根据本发明一种实施方式的激光绘图方法。
如图3所示，光源2发射激光。对于激光，例如可以使用具有405nm波长的蓝色激光。通过将发散光转换为平行光的准直透镜3使从光源2发射的激光变成平行光。转换为平行光的激光进入AOD 4，该AOD 4发出激光的一阶衍射光(在下文中被称为衍射光)。把AOD 4出射的衍射光用作绘图激光束(例如作为用于曝光的光束)，并且在该衍射光被衍射时使之扫描在样本15上并从而通过输入到AOD 4中的RF信号在预定角度范围内使该衍射光偏转。可以通过改变将被输入到AOD 4中的RF信号的频率来控制衍射光的偏转方向。
从AOD 4出射的衍射光穿过第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b并被物镜7聚集以便照射在样本15上，并且同时，基于AOD 4处的衍射光的偏转使衍射光扫描在样本15上，从而进行了激光绘图。在该实施方式中，从AOD 4出射的衍射光的衍射角(即衍射光的偏转角)的范围被设为预定范围。在该实施方式中，衍射角被设在大约35mrad。在这种情况下，光轴在距离AOD 4的衍射位置200mm的物镜7的入射面上被偏离大约土3.5mm。
如果使照射样本15的衍射光的光圈缩小(stop down)的物镜的入射孔直径是Φ3.8mm，则衍射光几乎不进入物镜7的入射孔。因此，在该实施方式中，通过由第一fθ透镜组6a和第二fθ透镜组6b构成的无焦点中继光学系统使衍射光在与AOD 4的衍射位置相对应的位置处入射到物镜7的入射孔。然后，使全部衍射光入射到物镜7的入射孔并使之聚集在样本15上。
RF信号输出装置13读出衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12，并且基于衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号，以便使从AOD 4出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定并且/或者以恒定速度改变衍射光的衍射角。衍射光强度控制表11和衍射角控制表12与从AOD 4出射的衍射光的衍射角和强度的改变之间的关系将被稍后描述。
接着，准备衍射光强度控制表11和衍射光角度控制表12的方法被描述。衍射光强度控制表11和衍射光角度控制表12是利用激光绘图设备1准备的。
首先，利用激光绘图设备1来准备衍射光强度控制表11的方法被描述。从AOD 4出射的衍射激光的一部分被分开光通量的第一分束器5a反射并被会聚至第一聚光透镜8a。会聚至第一聚光透镜8a的激光被聚集到光电二极管9，该光电二极管9将检测到的光转换为电信号。从而，衍射光的光强度被检测到。这时，调整第一分束器5a、第一聚光透镜8a和光电二极管9的对齐，使得每个任意衍射角(稍后描述)的衍射光被光电二极管9检测到。然后，基于衍射光强度检测装置的检测结果(即每个衍射角的衍射光的光强度)，衍射光强度控制表11被准备(稍后详细描述)。
接着，利用激光绘图设备1准备衍射角控制表12的示例性方法被描述。从AOD 4出射并穿过物镜7的衍射光被会聚在样本15的表面上。样本15所反射的衍射光的回光依次穿过物镜7、第二fθ透镜组6b和第一fθ透镜组6a，并且穿过第一fθ透镜组6a的回光中的一部分被第二分束器5b反射并被会聚至第二聚光透镜8b。第二聚光透镜8b所会聚的回光被检测衍射光的聚集光点在样本15上的位置的位置检测装置10接收到，并且衍射光的光点在样本15上的位置从而被检测到。然后，基于位置检测装置10的检测结果，输入到AOD 4中的使入射激光发生衍射的RF信号的频率与衍射光的光点在样本15上的位置之间的关系被得到。这时，第二分束器5b、第二聚光透镜8b和位置检测装置10的对齐被调整，使得每个任意衍射角的衍射光(RF信号的频率)被位置检测装置10检测到。然后，基于RF信号的频率与衍射光的光点在样本15上的位置之间的关系，衍射角控制表12被准备(稍后详细描述)。
这里，向AOD 4输出RF信号的RF信号输出装置13利用衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12来控制RF信号的幅度和/或频率，并且从AOD 4出射的衍射光的强度和/或衍射角从而被控制。
接着，参考图4对根据本发明该实施方式的在激光绘图设备1中使用的衍射光强度控制表11的一个示例进行详细描述。
如上面描述，因为衍射效率(衍射光的光强度/AOD 4的入射光的光强度)取决于衍射角而改变，所以衍射光的光强度取决于衍射光的衍射角而改变，结果在样本15上造成曝光不均匀。并且，如上面描述，当提供给AOD 4的RF信号的频率增长时，衍射光强度改变(见图1)。在该实施方式中的激光绘图设备1中，提供给AOD 4的RF信号的幅度被控制为使得从AOD 4出射的衍射光的光强度独立于衍射光的衍射角而保持恒定。
在衍射光强度控制表11中，第一频率指示值被预先记录，该第一频率指示值规定了将被输入到AOD 4中以改变入射光的衍射角的RF信号的频率的范围。另外，在该实施方式中，将RF信号的频率范围分割为8个相等部分的9个分割点F1-F9被提供。入射到AOD 4的激光的衍射角的范围是基于第一频率指示值确定的(例如被确定为35mrad)。
在利用激光绘图设备1准备衍射光强度表11时，RF信号输出装置13基于衍射光强度表11的第一频率指示值来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率。在RF信号的幅度被设为可能的最大值的状态下，对于每个衍射角度(对于9个分割点的每个频率)使用光电二极管9检测到从AOD4出射的衍射光的光强度，并且基于检测结果为相应的衍射角(频率)得到衍射效率(衍射光的光强度/AOD 4的入射光的光强度)的值，并且为相应的衍射角度(频率)确定所得到的衍射效率值的倒数(inversenumber)。与从分割点F1-F9偏离的衍射角(频率)有关的衍射效率值的倒数被样条曲线(spline curve)补充。然后，检测到的衍射光强度为最低时的衍射角(频率)被当作标准，并且与所得到的衍射效率的相应倒数成比例的值被确定，使得每个衍射角(频率)的衍射光的光强度变为与最低光强度相同。与衍射光的相应衍射角(频率)的衍射效率的倒数成比例的值被存储在衍射光强度控制表11中，作为RF信号的相应频率的幅度控制值。
RF信号输出装置13从衍射光强度控制表11中读出幅度控制值并根据这些幅度控制值来控制将被输出的RF信号的幅度，从而可以控制从AOD4出射的衍射光的光强度。因为与从分割点Fx-F9偏离的衍射角(频率)有关的衍射效率值的倒数被样条曲线补充，所以即使当激光被以下述衍射角衍射时，也可以使衍射光强度基本保持恒定：在所述衍射角处衍射光的光强度尚未用光电二极管9实际检测到。
图5图示了在已经基于衍射光强度控制表11来控制RF信号的幅度时输入到AOD 4的RF信号的频率与从AOD 4出射的衍射光的光强度之间的关系。
RF信号输出装置13从衍射光强度控制表11中读出第一频率指示值。然后，响应于频率的改变，基于衍射光强度控制表11的幅度控制值来控制频率范围的9个分割点F1-F9处的RF信号的幅度。RF信号输出装置13所输出的RF信号的频率在时刻T1与T9之间从下限值F1改变为上限值F9，并且同时，RF信号的幅度如图5所示在下限值A1与上限值A2之间改变。因此，响应于RF信号的频率而控制RF信号的幅度，从而将从AOD4出射的衍射光的光强度控制为固定值P。
接着，参考图6对根据本发明该实施方式的在激光绘图设备1中使用的衍射角控制表12的一个示例进行详细描述。
如上面描述，当从AOD 4出射的衍射光的衍射角随着将被输入到AOD 4中的RF信号的频率的改变而改变时，从AOD 4出射的衍射光的聚集光点在样本15上的位置被移动。同时，即使RF信号的频率被线性地改变，衍射角也不以恒定速度改变(见图2)，并有可能在样本15上造成曝光不均匀。因此，在该实施方式的激光绘图设备1中，为了以恒定速度改变从AOD 4出射的衍射光的衍射角，基于衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率。
在衍射角控制表12中，为了改变入射激光的衍射角，规定将被输入到AOD 4中的RF信号的频率的第二频率指示值被预先记录。基于第二频率指示值，将被输入到AOD 4中的RF信号的频率的范围被确定。另外，在该实施方式中，基于第二频率指示值将RF信号的频率范围分割为8个相等部分的9个分割点被提供。
在利用激光绘图设备1准备衍射角控制表12时，RF信号输出装置13基于衍射角控制表12的第二频率指示值向AOD 4提供RF信号。然后，使用位置检测装置10为RF信号的频率范围的9个分割点中的每一个分割点得到从AOD 4出射的衍射光的光点的位置信息，并且基于所得到的位置信息，顺序地确定将被输入到AOD 4中以得到衍射光的期望衍射角(衍射光的光点在对象上的期望位置)的RF信号的频率。相应分割点之间的RF信号的频率被样条曲线补充。图6图示了这样确定的频率F’1-F’9与相对应的衍射角θ1-θ9之间的关系。在衍射角控制表12中，规定这样确定的RF信号的频率的值被存储作为频率控制值。
RF信号输出装置13读出衍射角度控制表12的频率控制值，并根据这些频率控制值来控制将被输入到ADO 4中的RF信号的频率。衍射角控制表12的频率控制值可被连续地从较小或者较大衍射角的频率控制值开始顺序地读出。因为相应分割点之间的RF信号的频率被样条曲线补充，所以即使当激光在尚未使用位置检测装置10实际检测到衍射光的光点在对象15上的位置处的衍射角被衍射时，从AOD 4出射的衍射光的衍射角也被以恒定速度改变并且样本15上的衍射激光的光点从而被以恒定速度移动。
图7图示了在已经基于衍射角控制表12的频率控制值来控制RF信号的频率时被输入到AOD 4中的RF信号的频率与从AOD 4出射的衍射光的衍射角之间的关系。
RF信号输出装置13从衍射角控制表12读出频率控制值并根据这些频率控制值来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率。RF信号输出装置13所输出的RF信号的频率在时刻T1与T9之间从下限值F1’改变为上限值F2’，并且此时，衍射光的衍射角如图7所示在下限值θ1与上限值θ2之间改变。因此，基于衍射角控制表12响应于RF信号的频率的改变而以恒定速度改变从AOD 4出射的衍射光的衍射角，从而以恒定速度改变衍射光的光点在对象上的位置。
通常，在使用AOD的衍射光学系统中，在被输入RF信号的AOD中生成超声波并且入射到AOD的激光被该超声波的波面衍射，使得难于将使用衍射光强度检测装置对衍射光的光强度进行检测的结果反馈用于控制RF信号。因此，在此实施方式中，衍射光强度控制表11和/或衍射角控制表12被预先准备并被存储在激光绘图设备1中。然后，在没有将使用光电二极管9对衍射光的光强度进行检测和/或使用位置检测装置10对衍射光的光点在样本15上的位置进行检测的结果反馈的情况下，将被输入到AOD 4的RF信号的幅度和/或频率可以被正确地控制。因此，可以使从AOD 4出射的衍射光的光强度保持恒定并可以以恒定速度改变衍射光的衍射角。
这里，参考图8来描述利用光电二极管9和位置检测装置10对从AOD 4出射的衍射光的光强度和衍射光的光点在样本15上的位置进行检测的实际结果。RF信号输出装置13所输出的RF信号的周期被设为100μsec。图8图示了在示波器上显示的波形。
波形21图示了在未基于衍射光强度控制表11来控制将被输入到AOD4中的RF信号的幅度时从AOD 4出射的衍射光的光强度。波形21由于光学调整的偏差而略微不对称。波形22图示了在已经基于衍射光强度控制表11来控制将被输入到AOD 4中的RF信号时从AOD 4出射的衍射光的光强度。从波形22明白到衍射光的光强度被保持为基本固定的值。
波形23图示了在未基于衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率时从AOD 4出射的衍射光的光点在样本15上的位置。波形23是基本为线形的平缓曲线。波形24图示了在已经基于衍射角控制表12来控制RF信号的频率时从AOD 4出射的衍射光在样本15上的位置。从波形24明白到衍射光的光点在样本15上的位置基本以恒定速度改变。
根据上面描述的实施方式，RF信号输出装置13基于衍射光强度控制表11来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的幅度，从AOD 4出射的衍射光的光强度从而独立于衍射光的衍射角被保持恒定。另外，RF信号输出装置13基于衍射角控制表12来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率，从AOD 4出射的衍射光的衍射角从而被以恒定速度改变，就是说，衍射光的角速度被保持恒定，衍射光的光点在样本15上的位置从而被以恒定速度移动。因此，例如在对样本进行退火处理时，在微加工的样本中避免了曝光不均匀。
当衍射效率取决于AOD而变化或者耦合效率取决于光学系统而变化时，衍射光强度控制表11和衍射角控制表12的相应指示值和控制值可被适当地调整。
另外，在使照射的激光直接入射在物镜上的相关技术的激光绘图设备中，光学系统的光轴发生偏离。然后，当可以得到较大衍射角的AOD被使用时，从该AOD出射的全部衍射光不进入物镜的入射孔，衍射光的光强度从而极大地减小。另一方面，在此实施方式的激光绘图设备1中，通过将中间光学透镜系统提供作为无焦点中继光学系统，可以使从AOD 4出射并入射在物镜7上的衍射光的光轴在独立于衍射光的衍射角的情况下与物镜7的入射孔的中心一致。从而避免了在相关技术的激光绘图设备中发生的上述问题。
根据本发明的上述实施方式，可以基于衍射光强度控制表11和衍射角控制表12中的任一个或者二者来控制将被输入到AOD 4中的RF信号。当准备用于基于衍射光强度控制表11和衍射角控制表12两者来控制RF信号的衍射光强度控制表11时，基于衍射角控制表12的频率控制值确定的RF信号的频率被用于衍射光强度控制表11的第一频率指示值。然后，RF信号输出装置13基于衍射角控制表12的充当衍射光强度控制表11中的第一频率指示值的频率控制值来控制将被输入到AOD 4中的RF信号的频率，从而以与如上所述类似的方式为RF信号的相应频率得到幅度控制值。
在上面描述的实施方式中，当准备衍射光强度控制表11时，与所得到的衍射效率值的相应倒数成比例的作为幅度控制值的值被确定，使得衍射光在除标准衍射角(频率)之外的每个衍射角(频率)处的光强度变得与最低光强度相同。但是，与所得到的衍射效率值的相应倒数成比例的作为幅度控制值的值可被以其它方式适当地确定，例如取决于样本15的种类来确定。
另外，在衍射光强度控制表11和衍射角控制表12中，将RF信号的频率分割的9个分割点被分别提供，但是，RF信号的一个周期内的分割点的数目不限于9个点(8个分割部分)。例如，分割点的数目可以是5个点(4个分割部分)或是41个点(40个分割部分)。
另外，构成激光绘图设备1的中间光学透镜系统的透镜组是由fθ透镜组构成的，但是，只要AOD 4与样本15的前级中的最后一个聚光透镜(在此实施方式中是物镜7)的入射孔表面之间的位置关系与无焦点中继光学系统中的类似，所述透镜组就可以由除fθ透镜组之外的透镜组构成。
另外，激光绘图设备1已被描述为在用于制造薄膜晶体管(例如用于液晶显示设备)的激光退火中使用的情况的一个示例，但是，激光绘图设备1可被配置为通过在玻璃表面上以相等间隔雕刻细平行凹槽并通过在这些凹槽中布置线路偏转特定光线来制造线栅(wire-grid)偏振器。激光绘图设备1可被用于其他微加工。
本发明不限于上述的相应实施方式，并且可以在不脱离本发明的要旨的情况下具有各种其他布置。
本领域技术人员应当明白，各种修改、组合、子组合和变更可以取决于设计要求和其他因素而发生，只要它们属于所附权利要求书或其等同物的范围之内。
本发明包含与2007年1月24日在日本专利厅提交的日本专利申请No.2007-014002相关的主题，上述申请的全部内容通过引用而结合与此。