JP2000042765A

JP2000042765A - ステージの移動制御装置及び方法並びにこれを用いたレーザアニール装置及び方法

Info

Publication number: JP2000042765A
Application number: JP10214120A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Suga; 恭正菅
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】処理対象物を載置するステージの移動（位置
又は速度）を正確に制御し得るステージ移動制御装置及
びこれを用いたレーザアニール装置の提供。【解決手段】レーザアニール装置１のステージ移動制
御装置は、熱処理チャンバ３と、このチャンバ内で熱処
理する処理対象物２を載置するステージ１５と、一端１
７側がステージ１５に取付けられ他端側がチャンバ３か
ら突出した駆動用支軸１９と、駆動用支軸を介してステ
ージを移動させるべく駆動用支軸の突出端に連結した駆
動機構２０と、ステージの移動方向Ｘに向くようにステ
ージに設けた反射鏡４０と、チャンバの壁部に形成した
レーザ光透過窓３９と、レーザ光透過窓を介してチャン
バ内に入射するレーザ光Ｂを出射し、反射鏡からの反射
光を受光して、ステージの移動を計測するレーザ測長器
本体３７と、レーザ測長器本体による計測結果に基づい
て、駆動機構を制御する制御手段４５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理チャンバ内
で熱処理される処理対象物が載置されるステージの移動
制御装置及び方法、並びにこれを用いたレーザアニール
装置及び方法に係る。

【０００２】この明細書において、「アニール」とは、
広く、物質を熱的に安定な状態にする処理をいい、多結
晶体などの安定化処理のみでなく、アモルファス物質の
多結晶化処理等も含む。また、「熱処理」とは、「アニ
ール」と実際上同義である。

【０００３】

【従来の技術】いわゆるＴＦＴ型の液晶表示装置におい
て水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈ（以下では
「アモルファスシリコン」という）薄膜の少なくとも一
部を多結晶化してなる多結晶シリコンを用いること、及
びアモルファスシリコンの多結晶化などのためにエキシ
マレーザを照射するようにしたレーザアニール装置は知
られている。

【０００４】この種の従来のレーザアニール装置では、
熱処理されるべきアモルファスシリコン膜を有するガラ
ス基板を熱処理チャンバ内でステージ上に載置し、基板
上にアニール用レーザ光を照射している。また、駆動用
支軸の一端をステージに取付けると共に駆動用支軸の他
端側をチャンバから突出させてリニアモータに連結し、
このリニアモータにより駆動用支軸を介してステージを
直線的に移動させて、アニール用レーザビームを基板上
で走査している。なお、このレーザアニール装置では、
チャンバの壁部と駆動用支軸との間にはベローズが設け
られて、チャンバ内から摺接部をなくして、高温のチャ
ンバ内がクリーンな環境に保たれるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の従来のレーザアニール装置では、リニアモータによる
ステージの移動制御は、駆動軸の突出端の位置を検出し
て行うものであった。従って、駆動用支軸の長さ、形状
などが熱的または機械的な原因で変動すると、その変動
がそのままステージの位置制御ないし移動制御を不正確
にすることになる。一方、レーザアニール装置では、駆
動用支軸の一端側は熱処理チャンバ内の熱に常時されさ
れるので、駆動用支軸等が温度変動で伸縮したり歪んだ
りするのは避け難かった。その結果、レーザアニールの
ためのステージの位置制御、移動制御が正確に行われな
い虞があった。

【０００６】本発明は、前記諸点に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、処理対象物が載置さ
れるステージの移動（位置又は速度）を正確に制御し得
るステージの移動制御装置及び方法並びにこれを用いた
レーザアニール装置及び方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるステージの
移動制御装置は、前記した目的を達成すべく、熱処理チ
ャンバと、このチャンバ内において熱処理されるべき処
理対象物が載置されるステージと、一端側がステージに
取付けられ他端側がチャンバから突出した駆動用支軸
と、駆動用支軸を介してステージをチャンバ内で移動さ
せるべく駆動用支軸の突出端に連結された駆動機構と、
ステージの移動方向に反射面が向くようにステージに設
けられた反射鏡と、反射鏡に向き合うように熱処理チャ
ンバの壁部に形成されたレーザ光透過窓と、チャンバの
外部に配置されており、レーザ光透過窓を介してチャン
バ内に入射するレーザ光を発すると共に、反射鏡からの
反射レーザ光を前記窓を介して受光して、ステージの移
動（位置又は速度）を計測するレーザ測長器本体と、レ
ーザ測長器本体による計測結果に基づいて、駆動機構に
よる駆動を制御する制御手段とを有する。

【０００８】本発明のステージ移動制御装置では、「ス
テージの移動方向に反射面が向くようにステージに設け
られた反射鏡と、反射鏡に向き合うように熱処理チャン
バの壁部に形成されたレーザ光透過窓と、チャンバの外
部に配置されており、レーザ光透過窓を介してチャンバ
内に入射するレーザ光を発すると共に、反射鏡からの反
射レーザ光を前記窓を介して受光して、ステージの移動
（位置又は速度）を計測するレーザ測長器本体」が設け
られているので、レーザ測長器本体によってステージの
位置を直接計測し得るから、熱的または機械的な原因で
駆動用支軸の長さや形状が変動しても、該変動に影響さ
れることなくステージの移動（位置又は速度、従って移
動量）を測定ないし計測し得る。また、レーザ測長器本
体はチャンバの外に配置されるから、計測に際して、高
温で且つクリーンに保たれるべき熱処理チャンバ内の熱
処理環境を乱す虞も少ない。しかも、本発明の移動制御
装置では、「レーザ測長器本体による計測結果に基づい
て、駆動機構による駆動を制御する制御手段」が設けら
れているので、制御手段がステージ自体の移動量情報に
基づいてステージの移動制御を行い得るから、熱的また
は機械的な原因で駆動用支軸の長さ等が変動しても、該
変動にかかわらずステージを、従って該ステージに載置
された処理対象物を、正確に移動制御し得る。

【０００９】ステージは、処理対象物を該ステージに対
して相対移動ないし位置ズレのないように支持し得、且
つ駆動用支軸によって移動され得るものであれば、その
構造はどのようなものでもよい。駆動用支軸及び駆動機
構は少なくとも一組あればよく、ステージが、単一の駆
動用支軸によって片持ち梁状に支持されていても、駆動
用支軸及び駆動機構を二組設けて、ステージを両持ち状
に支持するようにしてもよい。また、ステージを両持ち
状に支持する場合、一方は、支持・案内を与えるような
従動（被動）支軸及び従動（被動）機構にしてもよい。
更に、ステージの一方の側または両側に複数組の駆動用
支軸及び駆動機構を並設してもよい。駆動用支軸及び駆
動機構はステージを所定の経路に沿って移動させ得るも
のであればどのようなものでもよいが、ステージは実際
上直線状経路に沿って移動されることが好ましく、この
場合、駆動機構は例えばリニアモータまたは回転式のモ
ータからなる。前者の場合、駆動用支軸は直線状に移動
される可動子に取り付けられる。一方、駆動機構が回転
式のモータからなる場合、駆動用支軸は、例えば、リー
ドスクリュ構造部を有し静置ナット部と協働して軸線方
向に移動制御される。なお、以上において、駆動用支軸
自体が、並設された複数本のロッドないし支軸素体から
なっていてもよい。

【００１０】この明細書において、「反射鏡」とは、測
長器本体からのレーザ光を反射し得るものであればよ
く、単一または複数の平面鏡でも、装置において他の機
能を果たすべき部材の表面を研磨してなる反射性表面で
も、該表面に一層又は複数層からなる反射性コーティン
グを施してなるものでもよい（以下では、「平面鏡」と
いう）。単一の平面鏡を用いる場合、鏡面の向き即ち鏡
面に垂直な方向がステージの移動方向と平行になるよう
にする。反射鏡は、ステージのどの部分に設けてもよい
が、好ましくは、測長器本体と反射鏡とを結ぶレーザ光
の光路が処理対象物上を横切ることのない位置に設けら
れる。

【００１１】反射鏡は、該反射鏡の温度が実際上一定に
保たれ得るように、断熱・冷却機構を介してステージに
設けられるのが好ましい。この場合、反射鏡が熱処理チ
ャンバ内の熱で歪んで測長値が変動する虞がない。な
お、この断熱・冷却機構は、例えば、インバーのような
熱膨張が小さい合金製で、冷却水のような冷媒流を通す
通路を内部に備えた断熱・冷却部材からなるが、熱処理
チャンバ内の熱処理の環境に影響を与えることなく反射
鏡を実際上一定温度に保ちその変形やステージに対する
位置ズレを最小限にし得る限り、他のどのような断熱手
段や冷却手段でもよい。

【００１２】レーザ測長器本体の「レーザ光」は、処理
対象物に対するアニーリングを熱的に乱すことなく短い
時間間隔でステージの移動を計測し得るものである限
り、可視光でも、紫外または赤外光でもよく、また、連
続発振されるものでも、パルス発振されるものでもよ
い。なお、ステージの「移動を計測する」とは、各時点
におけるステージの位置又は速度を計測することによ
り、初期位置（又は任意の特定の位置）からのステージ
の移動量（移動距離）を検出し得ることをいう。

【００１３】レーザ測長器本体は、ステージの位置、直
接的には該ステージに設けた反射鏡までの距離を該距離
の変動に起因する反射鏡からの反射光と参照光との干渉
縞の変化等として計測するタイプの測長器であっても、
ステージ上の反射鏡の移動速度を計測してこの移動速度
から移動距離を求めるタイプのものであっても、両方の
機能を有するものでもよい。反射鏡の速度を計測して移
動距離を求める場合、反射レーザ光の波長変化を検出し
て反射鏡の速度を計測するレーザドップラ法を利用した
レーザ測長器本体が用いられ得る。

【００１４】処理チャンバの壁部に形成されるレーザ光
透過窓は、使用波長域のレーザ光の透過を可能にする限
り、どのようなものでもよいが、計測に際して、静止状
態のチャンバの壁部における基準ないし参照用の反射光
を与えるように、入射レーザ光の一部を反射するものが
好ましく、例えば、プリズムや多層膜が用いられ得る。
この場合、熱や振動がレーザ光透過窓の反射（面）に影
響を与えるのを避けるべく、断熱・冷却手段や防振手段
をレーザ光透過窓とチャンバの壁部との間に設けてもよ
い。なお、熱処理チャンバの外部のレーザ光の光路にビ
ームスプリッタを設けると共にレーザ光透過窓とは別個
に反射鏡を設けて、ビームスプリッタで分岐されたビー
ムを反射鏡で反射させて参照光を与えるようにしてもよ
い。

【００１５】制御手段は、レーザ測長器本体による計測
結果のみに基づいて、リニアモータのような駆動機構の
駆動・制御を行ってもよいが、その代わりに、エンコー
ダのような位置（または移動量）検出手段で駆動用支軸
の突出端側の位置（または移動量）を検出し該検出結果
に基づいて駆動機構の駆動・制御を行うと共に、レーザ
測長器本体によるステージ位置の計測結果に基づいて更
に補正制御することにより駆動機構の駆動・制御を行う
ようにしてもよい。

【００１６】本発明のレーザアニール装置は、前記した
目的を達成すべく、上述のような移動制御装置に加え
て、処理対象物にレーザ光を照射して処理対象物をアニ
ールすべく、アニール用のレーザ光源と、ステージに載
置されて移動される処理対象物に対して、アニール用レ
ーザ光源からのアニール用レーザ光が照射されるよう
に、チャンバの壁部に形成されたアニール用レーザ光透
過窓と、ステージ上の処理対象物を加熱する加熱手段と
を有する。

【００１７】本発明のレーザアニール装置では、「アニ
ール用のレーザ光源と、ステージに載置されて移動され
る処理対象物に対して、アニール用レーザ光源からのア
ニール用レーザ光が照射されるように、チャンバの壁部
に形成されたアニール用レーザ光透過窓と、ステージ上
の処理対象物を加熱する加熱手段」が設けられているか
ら、前述のような正確なステージ移動制御に基づいて、
処理対象物に対して、アニール用レーザ光の走査を正確
に行い得る。処理対象物がアモルファスシリコン膜を有
するガラス基板などからなる場合、このアニール用の光
源は、例えば、エキシマレーザ発振器に加えて、該発振
器からのレーザ光をアニール用のレーザ光透過窓を介し
てチャンバ内の基板上の膜に線状に照射すべくビームを
均一化し且つ線状化するホモジナイザを含む光学系を有
する。なお、レーザアニール装置によって熱処理（アニ
ール）される処理対象物は、ガラス基板自体であって
も、絶縁体、半導体、もしくは金属等どのような材料か
らなる基板でも、非板状体等どのような形状のものでも
よい。

【００１８】本発明を方法の観点で見れば、本発明は、
「熱処理チャンバ内で処理対象物が載置されるステージ
に反射鏡を設け、チャンバの壁部に形成したレーザ光透
過窓を介してチャンバ内にレーザ光を入射し、反射鏡か
らの反射レーザ光を受光して、ステージの移動（位置又
は速度、従って移動量）を計測し、ステージに連結され
た一端からレーザ光の進行方向に平行に延在してチャン
バ外に突出した駆動用支軸の突出端を、前記計測の結果
に基づいて、駆動・制御して、ステージの移動を制御す
るようにしたステージの移動制御方法」、及び「この移
動制御方法によって処理対象物の移動制御を行いつつ、
チャンバの壁部に形成したアニール用レーザ光透過窓を
介してアニール用レーザ光を処理対象物に照射するよう
にしたレーザアニール方法」を提供するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態とし
て、アモルファスシリコン膜を表面に形成したガラス基
板をアニーリングするためのレーザアニール装置につい
て、添付図面に示した好ましい一実施例に基づいて説明
する。

【００２０】

【実施例】図１及び２のレーザアニール装置１は、図２
に示すように、処理対象物としてのガラス基板２を熱処
理する熱処理チャンバ３と、処理されるべき基板２（例
えば、３００ｍｍ×４００ｍｍ）を搬入する搬入（ロー
ド）チャンバ４と、処理済みの基板２を搬出する搬出
（アンロード）チャンバ５と、搬入チャンバ４及び搬出
チャンバ５の夫々と処理チャンバ３とをつなぐ搬送チャ
ンバ６とを有する。チャンバ３，４，５，６の間におけ
る基板２の搬送は、搬送ロボット６ａによって行われ
る。また、処理チャンバ３、搬入チャンバ４及び搬出チ
ャンバ５の夫々と搬送チャンバ６との間には、基板２を
チャンバ間で移送する時を除いて各チャンバ３，４，５
内の雰囲気を相互に分離ないし隔離するゲートバルブ
７，８，９が設けられている。１０，１１，１２は、チ
ャンバ３，４，５用の真空ポンプである。処理チャンバ
３内の室１４には、Ｎ_２ガスのような不活性ガスが導入
されて不活性ガス雰囲気に保たれる。なお、処理チャン
バ３内の室１４が、クリーンな不活性ガス雰囲気に保た
れ得る限り、ゲートバルブ７，８，９及び真空ポンプ１
１，１２はなくてもよい。

【００２１】基板２は、チャンバ３内において、ステー
ジとしてのトロリ１５上に載置されている。トロリ１５
は支持・駆動機構１６によってチャンバ３内でＸ方向に
移動される。支持・駆動機構１６は、一端１７がトロリ
１５に連結されてトロリ１５を支持する駆動用支軸１９
と、該支軸１９を介してトロリ１５をＸ方向に移動させ
る駆動機構としてのリニアモータ２０とを有する。リニ
アモータ２０は、駆動用支軸１９の突出端に連結され可
動子を一体的に備えた可動支持部材１８と、可動子と協
働するステータ部を備えると共に可動支持部材１８のＸ
方向移動を案内する静置案内部材２１とからなる。ベロ
ーズ１３は、駆動用支軸１９の貫通・延在したチャンバ
側壁部２２と駆動用支軸１９との間に設けられ、側壁部
２２の孔２３と駆動用支軸１９との間をシールしてい
る。この支持・駆動機構１６は、チャンバ３の室１４内
に摺接部分がなく、高温になる室１４内をクリーンに保
ち得る。

【００２２】図１及び２に示したレーザアニール装置１
では、トロリ１５の支持・駆動機構１６が四組設けら
れ、トロリ１５の両持ち支持構造を形成すべくＸ方向に
対向・配置されると共にＹ方向に並設されている。Ｘ方
向に対向して位置する支持・駆動機構１６，１６の駆動
用支軸１９，１９は、構造上は、連続的に繋がった一本
の軸からなっていてもよい（発明の構成としては、トロ
リ１５を貫通する部分はトロリ１５の一部とみなし得
る）。Ｙ方向に並設された駆動機構１６，１６は、可動
支持部材１８を共有しており、可動支持部材１８を介し
て相互に連結されている。当然ながら、四組の支持・駆
動機構１６は、実際上同期制御される。

【００２３】なお、可動支持部材１８は、Ｙ方向に並設
した支持・駆動機構１６，１６毎に別々に設けてもよ
い。また、支持・駆動機構１６をＹ方向に並設する代わ
りに、Ｘ方向の各側（図１及び２においてトロリ１５の
右側及び左側の夫々）に、駆動機構１６を一組づつ設け
るようにしてもよい（その場合駆動用支軸１９をトロリ
１５のＹ方向の中央部に設ける）。なお、支持・駆動機
構１６を四組設ける代わりに、Ｘ方向に対向して位置す
る支持・駆動機構１６，１６のうちのいずれか一方を、
支持・案内機能を有する支持・従動（被動）機構にして
もよい。また、駆動軸１９が自重及びトロリ１５の荷重
によっては実際上変形されないようにその機械的強度を
高くし得る場合には、トロリ１５を両持ち支持する代わ
りに、図１及び２においてトロリ１５の右側または左側
に位置する支持・駆動機構を省いて、トロリ１５を片持
ち状に支持するようにしてもよい。

【００２４】トロリ１５は、駆動用支軸１９に固定され
たトロリ本体部（ステージ本体部）２５と、トロリ本体
部２５上に位置し抵抗加熱手段を埋設してなるヒータ部
２６と、ヒータ部２６から上向きに突出した複数のピン
状部からなる基板支持部２７と、トロリ１５の移動方向
Ｘに面する側においてトロリ本体部２５から上方に延設
された剛性の側壁部２８とを有する。なお、ヒータ部２
６は、レーザアニールの前に所望の温度（例えば４００
−６００℃程度）に基板２の表面を予備加熱し得る限
り、抵抗加熱の代わりにどのような他の加熱手段でもよ
く、また、加熱用抵抗体のような熱源はヒータ部２６に
埋設される代わりに上面に形成されていても、トロリ本
体部２５の上部以外の部分に設けられていてもよい。ま
た、基板支持部２７は、トロリ１５で基板２をＸ方向に
移動させる際基板２を相対移動や位置ズレなく所定位置
に保持し得る限り、どのような構造であってもよいが、
ヒータ部２６による基板２の加熱が一様に行われ得且つ
温度変動があっても基板２に応力等が加えられたり残っ
たりする虞の少ない支持構造であることが好ましい。

【００２５】３０は、基板２上のアモルファスシリコン
膜を多結晶化するためのレーザアニール用光学系であ
り、レーザアニール用光学系３０は、処理チャンバ３の
頂壁２９に形成されたアニール用レーザ光透過窓３１を
介して、強度分布が均一化（ホモジナイズ）され線状等
の所定形状に整形されたホモジナイズ面Ｈ（例えば、Ｘ
方向の幅が数１００μｍ−数ｍｍで、Ｙ方向の長さが数
１００ｍｍ）を基板２上に形成するようにアニール用レ
ーザ光を照射すべく、エキシマレーザ発振器３２及びビ
ームホモジナイザ３３を有し、所望に応じて、アッテネ
ータなどの光学系３４や偏向ミラー３５などを含む。な
お、所望に応じて、アニーリングの状況を観察し得るよ
うに、基板２の表面状態を撮像し表示するＣＣＤカメラ
及びビデオモニタなどが並設される。

【００２６】なお、レーザ光源３２としては、所望のア
ニーリング特性を与え得る限り、エキシマレーザ以外の
紫外光の発振器でもよい。また、熱処理対象物がアモル
ファスシリコン膜の代わりにガラス基板２の本体自体の
ような別の材料である場合、アニーリング用のレーザ光
源３２は、熱処理対象物の材料及び該材料に加えられる
べきアニール処理の内容に応じて、紫外域のレーザ光源
の代わりに可視領域や赤外領域のレーザ光源でもよい。
更に、ヒータ部２６によって予備加熱されＸ方向に移動
される基板２に対して、Ｘ方向に走査されつつ所望のア
ニール処理を行い得る限り、アニール用エネルギ源とし
ては、レーザ光以外を用いてもよい。

【００２７】処理チャンバ３及び支持・駆動機構１６の
静置案内部材２１が載置された基台または床３６上に
は、更に、測長用のレーザ光ＢをＸ方向に出射するレー
ザ測長器本体３７が配設されている。レーザ測長器本体
３７は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ発振器のようなレーザ
光源部と、測長対象物からの反射光及び参照光に基づい
て、測長対象物までの距離を求める計測部とを有する。

【００２８】３８は、チャンバ３の外部において測長用
レーザ光Ｂの光路を取り囲む保護管であり、保護管３８
は測長用レーザ光Ｂの光路内に該レーザ光の伝播を乱す
虞のある異物が入り込むのを防いで検出感度・精度を最
大限に維持するのに役立つが、場合によっては、なくて
もよい。なお、保護管３８の長さ（測長器本体３７から
チャンバ３の隣接壁部までの距離）は、例えば、数１０
ｃｍ−１ｍ程度であるが、これよりも長くても短くても
よい。

【００２９】処理チャンバ３のＸ方向に向いた側壁２２
には測長用レーザ光を部分的に反射する透過窓３９が配
設されており、保護管３８の一端は、測長用レーザ光透
過窓３９の周囲において側壁２２に接続され、他端はレ
ーザ測長器本体３７のレーザ光出射口に接続されてい
る。測長用レーザ光透過窓３９は、レーザ測長器本体３
７から出射された測長用レーザ光の一部を反射して基準
となる参照光を与えるべくレーザ測長器本体３７に戻し
得る限り、その構造は問わないが、例えば、レーザ光の
一部を反射するために表面に一層または多層のコーティ
ングを施してなる多層膜でも、プリズム（例えば３０°
及び６０°の頂角を有する直角プリズムを二つ組合せて
なるもの）でもよい。なお、透過窓３９は、チャンバ３
の熱及びトロリ１５の移動に伴う振動等によって、位置
や向きが変動しないように配設されることが好ましい。

【００３０】４０は反射鏡であり、反射鏡４０は、断熱
・冷却機構の本体部としての断熱・冷却部材４１を介し
てトロリ１５の側壁部２８に取り付けられている。反射
鏡４０は、断熱・冷却部材４１の表面に形成された反射
面からなっていてもよく、この反射面は、部材４１自体
の研磨表面でも、１層又は複数層のコーティングによっ
て形成されていてもよい。反射鏡４０は、測長用レーザ
光透過窓３９を介してＸ方向に入射された測長用レーザ
光を反射して窓３９を介してレーザ測長器本体３７に戻
す。反射鏡４０は、温度変化や雰囲気ガスの対流など熱
的擾乱が少なく且つトロリ１５の移動に伴う振動などの
機械的擾乱が少ないところであれば、Ｘ方向及びＹ方向
並びに鉛直方向Ｚにみて、トロリ１５のどの部分に設け
てもよい。例えば、トロリ１５のＸ方向に向いた側壁２
８に設ける代わりに、基板２のＸ方向中央位置とほぼ一
致するところに設けてもよい。

【００３１】断熱・冷却部材４１は、インバーのような
熱膨張率の低い合金等からなり入口４２から出口４３ま
での間において内部に冷却水が流通されるように構成さ
れている。断熱・冷却部材４１は、流通冷却水と協働し
て、トロリ１５のヒータ部２６や基板２等の熱によって
反射鏡４０の温度が上がるのを防ぐと共に、その熱膨張
の低さにより、ある程度の温度変化が生じても反射鏡４
０に加わる応力を最小限にして反射鏡４０が歪むのを防
ぐ。なお、断熱・冷却部材４１は、反射鏡４０の反射面
をＸ方向に向いた状態に維持し得且つトロリ本体２５の
側壁部に対する相対位置が温度変化によって変動するの
を最小限にし得る限り、どのような構造のものでもよい
が、実際上、コンパクトで剛性があり熱膨張が少なく、
且つ反射鏡の温度を極力一定に保ち得るものであること
が好ましい。

【００３２】レーザ測長器本体３７の計測部は、例えば
レーザドップラ式の速度計測部分と、この速度計測部分
による計測速度を時間積分して移動距離（移動量）を求
める距離算出部分とを含む。なお、レーザ測長器本体３
７は、反射鏡４０からの反射光及び参照光（部分反射窓
３９からの反射光）の波長差の代わりに距離に依存する
干渉縞の変化を利用するタイプの測長器でもよい。この
例では、レーザ測長器４４は、測長器本体３７と、部分
反射性透過窓３９と、反射鏡４０とからなる。

【００３３】制御手段としてのトロリ制御装置４５は、
図３の（ａ）に示したように、トロリ１５の時間ｔに依
存する目標位置データＸｓ（ｔ）を格納した記憶部を含
むトロリ位置設定データ送出部４６と、該設定データＸ
ｓ（ｔ）とレーザ測長器本体３７からの計測トロリ位置
（反射鏡位置）データＸｍとを比較して差データΔＸ
（＝Ｘｓ（ｔ）−Ｘｍ）を発する比較器４７と、差デー
タに基づいてリニアモータ２０を駆動するリニアモータ
駆動部４８とを有する。従って、トロリ制御装置４５
は、熱処理チャンバ３の室１４内の温度変動に起因する
駆動用支軸１９の伸縮や変形、あるいはトロリ１５の荷
重や駆動用支軸１９の自重などに起因する駆動用支軸１
９の変形等によって、熱処理チャンバ３外に位置する可
動支持部１８のＸ方向移動量がトロリ１５のＸ方向移動
量からずれても、該ズレに影響を受けることなくトロリ
ー１５の位置（移動量）を直接検出して該トロリ１５の
位置（移動量）を制御し得る。

【００３４】なお、トロリ１５の位置制御をレーザ測長
器本体３７による測長データで直接行う代わりに、図３
の（ｂ）に示したように、リニアモータ２０に設けたリ
ニアエンコーダ４９で可動支持部１８の位置を検出して
可動支持部１８の移動制御を行うと共に、該可動支持部
１８の移動制御に対する補正制御のために、レーザ測長
器本体３７による測長データを用いるようにしてもよ
い。この場合、エンコーダ４９は、駆動用支軸１９の長
さが一定に保たれているとみなして、可動支持部１８に
ついての検出位置データに駆動用支軸１９の長さを加え
た値を「みなしトロリ位置データＸｒ」として出力す
る。この出力データＸｒは比較器５０で設定データＸｓ
（ｔ）と比較されて、その差である「みなし差データΔ
Ｘｒ」に基づいてリニアモータ駆動部４８によるリニア
モータ２０の駆動制御が行われる。一方、例えば、比較
器５０からのみなし差データΔＸｒがゼロ（所定の小さ
い値以下）になったら、比較器５０からの起動信号によ
って比較器４７による比較動作を行わせ、比較器４７に
よってその時点でのズレΔＸａを検出して、該ズレΔＸ
ａを基準補正値として補正器５１に設定する。その後
は、基準補正値ΔＸａが更新されるまで該基準補正値Δ
Ｘａに基づいて、みなしトロリ位置データＸｒに基準補
正データΔＸａを加算してなる補正位置データＸａ（＝
Ｘｒ＋ΔＸａ）を補正器５１で求めて、該補正位置デー
タＸａを比較器５０に送って移動制御を行うようにして
もよい。この場合、基準補正値ΔＸａの更新は、ΔＸｒ
がゼロになる毎に行っても、所定の時間間隔で行って
も、一つの基板２のアニール処理の開始時又は前に行っ
ても、他の基準で行うようにしてもよい。なお、レーザ
測長器４４による測長結果を補正用に用いる補正制御の
仕方は、図３の（ｂ）に示したものとは異なるものでも
よい。

【００３５】以上の如く構成されたレーザアニール装置
１の動作について、次に説明する。

【００３６】熱処理されるべき基板２は、搬入チャンバ
４から搬送チャンバ６を介して熱処理チャンバ３内のト
ロリ１５に搬送される。この搬送の際、ゲートバルブ
８，７による関連チャンバ４，６，３間の連通・遮断が
適宜行われ、また、真空ポンプ１１，１０及び図示しな
い不活性ガス導入手段による関連チャンバ４，６，３の
雰囲気制御が所望に応じて行われる。なお、搬送用ロボ
ット６ａにより、基板２がトロリ１５の基板支持部２７
上に載置される際、トロリ１５は、開放状態のゲート７
に臨むロード位置に、リニアモータ２０及び駆動用支軸
１９からなる支持・駆動機構１６によって位置設定され
る。

【００３７】基板２がトロリ１５上の所定位置に載置さ
れると、ゲート７が閉じられて、所望ならば、チャンバ
３内の雰囲気が調整される。また、トロリ１５が図１に
おいて想像線１５ａで示す初期位置に移動されると共
に、ヒータ部２６による加熱が開始され（ヒータ部２６
による加熱の開始は、例えば、基板２の載置前でもよ
い）、基板２がレーザアニール処理に適した温度（例え
ば、約４００℃）に、予め加熱される。基板２の予備加
熱温度は、処理対象物によって異なり、この例の場合、
所望ならば、例えば４００−６００℃の範囲内の温度で
も、４００℃より低い温度でもよい。一方、ヒータ部２
６による加熱と同時又はその前に、断熱・冷却部材４１
を通る冷却水の循環が開始され、反射鏡４０の温度上昇
を防いでほぼ一定温度（例えば、約４０−５０℃）に維
持する。

【００３８】次に、リニアモータ２０の駆動が開始され
る。説明の簡単化のために、以下では、基板２が連続的
に移動されている間にアニール用レーザ光の照射が行わ
れる例について説明する。

【００３９】支持・駆動機構１６による基板２のＸ１方
向の移動についていえば、例えば、１０−１００ミリ秒
の間に、数１０ｍｍ／秒（例えば約３０ｍｍ／秒）程度
の速度になるようにトロリ１５を加速し、その後基板２
を停止させる直前まで基板２を前記の一定速度でＸ１方
向に移動させ、最後に加速の際と同様に減速させるよう
な目標位置データＸｓ（ｔ）が、トロリ位置設定データ
送出部４６に設定される（勿論、位置データの代わり
に、時間データと速度データとを設定しても、これらを
組合せても、また、反射鏡４０と基板２の隣接端部との
距離などの種々のオフセット量をパラメータとして適宜
組込み、移動量のみを設定するようにしてもよい）。

【００４０】トロリ位置設定データ送出部４６から与え
られる設定位置データＸｓ（ｔ）に基づいてリニアモー
タ駆動部４８を介してリニアモータ２０が駆動される
と、支持・駆動機構１６は、短時間のうちにトロリ１５
を一定速度まで加速した後、該一定速度でＸ１方向に移
動させる。この移動開始後のトロリ１５の移動制御は、
レーザ測長器本体３７からのレーザ光Ｂを反射鏡４０で
反射させて得た反射光に基づいて、トロリ制御装置４５
によって行われる。なお、基板２の表面を撮像する前述
のＣＣＤによって又は同様な検出器６０をアニール用レ
ーザ光透過窓３１の近傍に設けておいて、該検出器６０
が基板２の前縁２ａの通過を検出したらレーザ測長器本
体３７を用いたトロリ制御装置４５による移動制御を開
始させ、それ以前は、単にエンコーダ４９のみを用いた
移動制御（図３の（ｂ）の比較器５０のみを用いた制
御）を行うようにしてもよい。

【００４１】基板２を載せたトロリ１５が、アニール用
レーザ光を基板２に照射すべき位置に達すると、制御装
置４５からエキシマレーザ発振器３２に発振起動信号Ｅ
が与えられ、エキシマレーザ発振器３２からのアニール
用レーザパルスが線状のホモジナイズ面Ｈ（例えば、Ｘ
方向の幅が約０．６ｍｍでＹ方向の長さが約２００ｍ
ｍ）を形成するように基板２上に繰返し照射される。こ
の照射の間、基板２を載せたトロリ１５は、熱的または
機械的環境変化による駆動用支軸１９の伸縮や変形に影
響を受けることなく、且つチャンバ３内の高温・クリー
ン環境を乱すことなく、レーザ測長器本体３７、部分透
過窓３９及び反射鏡４０からなる測長器４４によって直
接的にその位置（移動量）が検出されつつ制御装置４５
によって一定速度で移動制御される。また、反射鏡４０
は、断熱・冷却部材４１によって熱的に隔離されている
から、測長器による測長（位置検出）がアニールの際の
熱によって影響を受ける虞も少ない。このように、正確
な移動制御下でアニール用レーザビームの走査を行い得
るから、基板２の熱処理を正確に制御し得、所望のアニ
ール特性の基板２を得ることが可能になる。

【００４２】基板２の所定範囲のアニールが完了する
と、搬入の逆動作によって基板２が搬出される。

【００４３】なお、以上においては、基板２を載せたト
ロリ１５が一定速度で移動される例について説明したけ
れども、基板２がアニール用レーザ光照射領域にある
間、トロリ１５はＸ１方向に間欠的に移動制御されても
よい。間欠的な移動制御の条件は、レーザアニールされ
るべき材料やアニール用レーザ光の特性などによって所
望に応じて決めればよく、例えば、エキシマレーザ光を
用いて前述のようなホモジナイズ面Ｈを形成するパルス
ビームを照射する場合、１０−１００ミリ秒の間に数ｍ
ｍ／秒（例えば５ｍｍ／秒）程度になるようにトロリ１
５を加速し、次の１０−１００ミリ秒の間にトロリ１５
を減速させて停止させ、１００ミリ秒程度の間停止状態
に保って基板２の所定領域に所定ショット数のアニール
用レーザパルスの照射を行うことを繰返して、レーザア
ニールを行うようにしてもよい。

【００４４】この場合にも、レーザ測長器本体３７、部
分透過鏡３９及び反射鏡４０によるトロリ１５までの測
長（トロリ１５の反射鏡４０の位置計測）は、チャンバ
３内の高温・クリーン環境を乱すことなく、且つ駆動用
支軸１９の伸縮や変形などに影響を受けることなく、直
接的に行われ得るから、トロリ１５及び該トロリ１５上
の基板２の移動制御を正確に行い得る。従って、この正
確な移動制御下でアニール用レーザビームの走査を行い
得るから、基板２の熱処理を正確に制御し得、所望のア
ニール特性の基板２を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による好ましい一実施例のレーザアニー
ル装置の正面説明図（熱処理チャンバ及びベローズを断
面で示した）。

【図２】図１の装置の平面説明図（熱処理チャンバを断
面で示した）。

【図３】図１の装置におけるトロリの移動制御を説明す
るためのブロック図。

【符号の説明】

１レーザ加工装置２基板（処理対象物）３熱処理チャンバ１４室１５トロリ（ステージ）１６支持・駆動機構１７駆動用支軸の一端（チャンバ内の端部）１８可動支持部材１９駆動用支軸２０リニアモータ２１静置案内部材２２チャンバの側壁部２３孔２５トロリ本体部２６ヒータ部２７基板支持部２８トロリの側壁部２９チャンバの頂壁３０レーザアニール用光学系３１アニール用レーザ光透過窓３６基台３７レーザ測長器本体３８保護管３９測長用レーザ光（部分反射）透過窓４０反射鏡４１断熱・冷却部材４４測長器４５トロリ制御装置（制御手段）４６トロリ位置設定データ送出部４７，５０比較器４８リニアモータ駆動部４９エンコーダ５１補正器Ｘ移動方向Ｘ１移動の向きＸａ補正位置データＸｍ計測トロリ位置データＸｒみなしトロリ位置データＸｓ（ｔ）目標（設定）位置データ ΔＸ差データ ΔＸａ基準補正値 ΔＸｒみなし差データ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｇ０１Ｂ 11/00 ＢＧ０２Ｂ 7/198 Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００Ｇ１２Ｂ 5/00 ＴＧ１２Ｂ 5/00 Ｇ０２Ｂ 7/18 ＢＦターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA09 BB15 BB25 CC17 EE02 FF00 FF36 FF52 FF55 GG04 JJ03 JJ26 LL12 NN20 PP22 QQ14 UU07 2F078 CA01 CA08 CB12 CC11 CC14 2H043 AD10 AD21 2H092 JA05 JA24 KA04 KA05 MA22 MA30 MA35 NA27 PA01 PA07 4E068 AH01 CA14 CA15 CC01 CE04 CE09 CJ01 CJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理チャンバと、このチャンバ内において熱処理されるべき処理対象物が
載置されるステージと、一端側がステージに取付けられ他端側がチャンバから突
出した駆動用支軸と、駆動用支軸を介してステージをチャンバ内で移動させる
べく駆動用支軸の突出端に連結された駆動機構と、ステージの移動方向に反射面が向くようにステージに設
けられた反射鏡と、反射鏡に向き合うように熱処理チャンバの壁部に形成さ
れたレーザ光透過窓と、チャンバの外部に配置されており、レーザ光透過窓を介
してチャンバ内に入射するレーザ光を発すると共に、反
射鏡からの反射レーザ光を前記窓を介して受光して、ス
テージの移動を計測するレーザ測長器本体と、レーザ測長器本体による計測結果に基づいて、駆動機構
による駆動を制御する制御手段とを有するステージの移
動制御装置。
【請求項２】反射鏡が断熱・冷却機構を介してステー
ジに設けられている請求項１に記載の移動制御装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の移動制御装置を
有し、処理対象物にレーザ光を照射してアニールするた
めのレーザアニール装置であって、アニール用のレーザ光源と、ステージに載置されて移動される処理対象物に対して、
アニール用レーザ光源からのアニール用レーザ光が照射
されるように、チャンバの壁部に形成されたアニール用
レーザ光透過窓と、ステージ上の処理対象物を加熱する加熱手段とを有する
レーザアニール装置。
【請求項４】熱処理チャンバ内で処理対象物が載置さ
れるステージに反射鏡を設け、チャンバの壁部に形成し
たレーザ光透過窓を介してレーザ光をチャンバ内に入射
し、反射鏡からの反射レーザ光を受光して、ステージの
移動を計測し、ステージに連結された一端からレーザ光の進行方向に平
行に延在してチャンバ外に突出した駆動用支軸の突出端
を、前記計測の結果に基づいて、駆動・制御して、ステ
ージの移動を制御するようにしたステージの移動制御方
法。
【請求項５】請求項４に記載の移動制御方法によって
ステージの移動制御を行いつつ、チャンバの壁部に形成
したアニール用レーザ光透過窓を介してアニール用レー
ザ光を処理対象物に照射するようにしたレーザアニール
方法。