JP2003100653A

JP2003100653A - 加工装置および加工方法

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Publication number: JP2003100653A
Application number: JP2001294171A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kaida; 一弥甲斐田; Teruo Horii; 照雄堀井; Tetsuya Inui; 哲也乾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】精度よくレーザビームを照射する。【解決手段】レーザアニール装置は基板９にマスク６
のパターンを介してレーザ照射装置１からレーザビーム
を照射する。マスク６または基板９の駆動ステージ１０
ｂまたは１０ａは駆動されるので基板９とこれに照射す
るビームとを相対移動させることができる。相対移動に
伴い変化する基板９またはマスク６に関する位置を示す
位置情報の信号ｐまたはｒが相対移動の加速度に比例し
た周期で検出されるごとに、照射タイミングの信号ｑが
出力されて検出された位置情報に対応する基板９の所定
照射位置にレーザビームが照射される。それゆえに、相
対移動の加速領域から定速領域への移行時や、減速領域
から停止時などに生じる速度ムラとは無関係に相対移動
距離全域にわたって所定照射位置に照射できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザビームなどの光
ビームや荷電粒子ビームなどのエネルギビームによる加
工装置および加工方法に関し、特にエキシマレーザ、Ｙ
ＡＧ（yttrium aluminum garnet）レーザなどから発
せられるレーザビームなどのエネルギビームを用い、加
工対象を加工するための加工装置および加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、パーソナルコンピュータや家庭用テレビの表示用と
して、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装
置は、電極を設けた２枚のガラス基板の間に液晶を封入
し、電極に加える電圧によって、液晶の電気光学特性を
変化させて画像を表示するものである。画像を表示する
ためには、画面を構成する画素に対応する電極に電圧を
加え、それにより画素位置の液晶の電気光学特性を変化
させる。このとき画素に電圧を加えるために、画素ごと
にトランジスタを設け、そのトランジスタにより電圧を
制御する方法がある。この方式はＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）アクティブマトリックス方式と呼ばれ、高画質の
表示を行なえるのでコンピュータ用のディスプレイや家
庭用テレビのディスプレイとして広く採用される。

【０００３】これとは別に、基板上にエレクトロルミネ
ッセンス（ＥＬ）効果を有する薄膜を形成し、これに電
圧を加えて発光させる、いわゆるＥＬパネルも実用化さ
れている。これには、発光する膜に有機材料と無機材料
を用いるものがあるが、いずれの材料を用いたパネルも
画面上に画素を構成しこれに個別に電圧を加えて画像を
表示することができる。

【０００４】これらのいずれの方式でも、画面を構成す
る基板上全面にトランジスタを形成する必要があるた
め、薄膜トランジスタが用いられる。画像を表示するた
めに画素に自由に電圧を加えていく場合、個々の画素に
ついて駆動時間は非常に短く、画像の明るさが確保でき
ないため、画素ごとにトランジスタを設け、このトラン
ジスタで電圧を次の駆動周期まで保持する方法が取られ
る。

【０００５】しかしながら、表示デバイスに用いられる
ガラス基板、プラスチック基板などには、トランジスタ
を作製するのに必要な単結晶のシリコン膜を形成するこ
とが難しく、このためアモルファスのシリコン膜を予め
形成して、その膜上にトランジスタを形成する手法が用
いられる。

【０００６】ところが、アモルファスシリコン膜上に形
成されたトランジスタはキャリアの移動度が低く高速応
答ができないため、画像の表示速度が遅く、動画を表示
しようとすると像が流れて見えたりコントラストが低下
するなどの課題が生じていた。

【０００７】液晶画面の画素を駆動するためのドライバ
素子は、現在は、シリコンウェハに形成したものを切断
し、これを液晶パネルに接着、接合する手法が適用され
る。これは、駆動ドライバにはより高速の特性が要求さ
れるが、ガラス基板上に形成されるアモルファスシリコ
ン膜では達成できないためである。このために、ガラス
基板上に高速トランジスタの形成が可能な膜を構成し、
周辺回路を液晶基板上に形成しようとすることが考えら
れており、アモルファスシリコン膜を基板に形成した
後、これを高温でアニーリングしたり、レーザビームを
照射してアニーリングを行なったりして、アモルファス
を結晶化させ性能の向上を図ることが行なわれている。

【０００８】アモルファスを結晶化させるための１手法
としてレーザを用いてアニールを行なう方法がある。具
体的には、エキシマレーザを光源として線状の光源（幅
数百μｍ、長さ数十から数百ｍｍ）を形成し、これを光
源の長手方向と直角方向に走査して、順次アニールを行
なう。この方法では、数百μｍの幅でアモルファス膜が
一旦溶融し、固化する際に再結晶化するが、得られる結
晶粒の大きさは直径１μｍ以下である。そのため、この
膜に形成されるトランジスタの特性としては、結晶粒の
粒界によりキャリアが散乱されるので、キャリアの移動
度としては１００〜２００ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度までしか
達成できない。

【０００９】公表特許２０００−５０５２４１号には、
このような限界を改善するため、さらに細いレーザビー
ム（幅５〜１０μｍ）を照射し、アモルファス膜を溶融
させた上、横方向に結晶化を生じさせ、この細いレーザ
ビームを長手方向と直角方向に移動させて横方向に順次
結晶を成長させる方法が開示される。この方法では溶融
した領域が固化する際に溶融領域の幅方向に温度分布が
生じ、それによって結晶成長が横方向に生じる。しかし
ながら、結晶成長が生じる長さは、１μｍ以下であるた
め、公表特許２０００−５０５２４１号には、さらに次
のような示唆がなされている。つまり、一旦溶融固化さ
せた後、レーザビームをわずかに（０．５μｍ程度）移
動させ、以前に作られた結晶に繋げる形で新しい結晶を
成長させていき、横方向に長い結晶成長を起こさせる。
これを繰返すことで、横方向に結晶を長く成長させられ
る結果、長い柱状の結晶が得られ、その結果、結晶粒界
によるキャリアの散乱が抑制され、キャリアの移動度の
高いトランジスタが得られる。

【００１０】公表特許２０００−５０５２４１号にはこ
れを実現するために、スリット状の開口部を有するマス
ク、レーザビーム径を変更するためのエキスパンダ、レ
ーザビームのエネルギ分布を一様化するホモジナイザ系
を有し、エキシマレーザで照射したマスクの開口部の像
をレンズで基板上に結像させて膜を溶融させ、マスク像
を微小量（０．５μｍ程度）ずつ走査して、そのたびに
レーザビーム照射を行ない結晶を順次成長させる方法が
開示される。

【００１１】このような従来のレーザアニール装置で
は、パターンマスクを透過し成形されたレーザビーム
を、ＸＹテーブル（同一平面内のＸおよびＹ方向に移動
可能なテーブル）上に搭載された基板上のある照射領域
にのみ照射し、その照射領域へ照射を繰返し行ない、結
果的に基板全面領域への照射を行なうようにしている。

【００１２】このような方法では、１つの照射領域を照
射し終えるとレーザビームを止め、基板を移動させ、次
の照射領域に対応したところで次のレーザビーム照射を
行ない、これを繰返し、アニールを行なうようにしてい
る。

【００１３】特開２０００−２１０７８２号公報には、
これを改善すべく、基板が載置されたステージの速度に
同期してレーザ照射を行なう方法が提案されている。こ
のような方法は、ステージ速度についての加速領域から
一定速度領域への変化時や、減速領域から停止時などに
発生する速度むらに対してレーザ照射できるかについて
は何ら提言していない。

【００１４】図６には、従来のレーザアニール装置の概
略構成が示される。図６において基板ガラスはＸＹテー
ブル上に載置され、アニール用光源であるエキシマレー
ザから、集合レンズ群を透過したレーザビームがマスク
を照射し、このマスク像を基板ガラス上に結像させるこ
とで基板ガラス上に任意の形状の像を形成することがで
きる。エキシマレーザは、基板が載置されたＸＹテーブ
ルが指定位置への移動を完了したら、照射を行なう。と
ころが、このような方法では、上述したようにＸＹテー
ブルについての加速領域から一定速度領域への変化時や
減速領域から停止させるための加減速時間設定までの時
間が無駄になり、生産性（スループット）を向上させる
ことが困難であった。

【００１５】それゆえにこの発明の目的は、被加工物に
対して精度よくエネルギビームを照射できる加工装置お
よび加工方法を提供することである。

【００１６】この発明の他の目的は高いスループットを
得ることができる加工装置および加工方法を提供するこ
とである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明のある局面に係
る加工装置は、被加工物と該被加工物に照射するエネル
ギビームとを相対移動させることにより、被加工物を加
工する装置であって、相対移動に伴い変化する被加工物
に関する位置を示す位置情報が所定周期で検出されるご
とに、検出された位置情報に対応する被加工物の所定照
射位置にエネルギビームを照射する。

【００１８】したがって、エネルギビーム照射のタイミ
ングを位置情報が検出される所定周期に同期させなが
ら、エネルギビームを検出された位置情報に対応の照射
位置に照射させることができる。それゆえに、相対移動
距離全域にわたって所定照射位置にエネルギビームを照
射できる。言換えると、相対移動の加速領域から定速領
域への移行時や、減速領域から停止時などに生じる速度
ムラとは無関係に相対移動距離全域にわたって所定照射
位置にエネルギビームを照射できる。

【００１９】この発明の他の局面に係る加工装置は被加
工物と該被加工物に照射するエネルギビームとを相対移
動させることにより、被加工物を加工する装置であっ
て、相対移動に伴い変化する被加工物に関する位置を示
す位置情報が所定周期で検出されるごとに、検出された
位置情報は被加工物の所定照射位置に対応するときはエ
ネルギビームを照射するよう構成されてもよい。このよ
うに構成された場合にも、上述と同様の特徴を得ること
ができる。

【００２０】上述の加工装置では、位置情報が所定周期
で検出されるごとに、検出された位置情報は所定照射位
置に対応するか否かが判定されて、対応するときにはエ
ネルギビームを照射するよう構成されてもよい。このよ
うに構成された場合にも、上述と同様の特徴を得ること
ができる。

【００２１】上述の加工装置では、所定周期は相対移動
の加速度に比例した周期であってよい。したがって、エ
ネルギビーム照射のタイミングを相対移動の加速度に比
例した周期に同期させながら、エネルギビームを検出さ
れた位置情報に対応の所定照射位置に照射させることが
できる。それゆえに、相対移動距離全域、すなわち加速
度領域、定速度領域および減速度領域の全ての領域にお
いて所定照射位置に安定して、かつ確実にエネルギビー
ムを照射できるから、スループットは向上する。

【００２２】上述の加工装置では所定照射位置は、被加
工物の所定の照射開始位置と被加工物における所定の照
射ピッチとに基づいて決定されてよい。したがって、相
対移動距離全域において被加工物に対して所定照射ピッ
チで安定して、かつ確実にエネルギビームを照射でき
る。

【００２３】上述の加工装置は、被加工物に対するエネ
ルギビームの照射経路に設けられた開閉自在のシャッタ
部とシャッタ制御手段とを備えてもよい。シャッタ制御
手段はシャッタ部を、エネルギビームを被加工物に照射
する照射モードにおいて照射経路を確立するために完全
に開いた開状態とし照射モードを除く待機モードにおい
て照射経路を遮断するために完全に閉じた閉状態とす
る。そして、待機モードから照射モードに移行すると
き、シャッタ部が閉状態から開状態へ移行する期間にお
いては、エネルギビームの照射は停止させられる。

【００２４】したがって、待機モードから照射モードに
移行するためにシャッタ部が閉状態から開状態へ移行す
る期間においては、エネルギビームの照射は停止させら
れている。それゆえに、照射経路が完全に確立されてい
ないこのような移行期間においてエネルギビームが照射
されるという無駄を回避できる。

【００２５】上述の加工装置では待機モードにおいては
エネルギビームを照射するための発振周波数は、照射モ
ードにおける発振周波数の最高値の１／１０以上かつ１
／１以下の範囲に設定されてもよい。

【００２６】したがって、待機モードにおいても発振し
て次の照射モードに備えてエネルギビームを照射するた
めの準備が行われているので、すみやかに安定した照射
モードに移行できる。この待機モードの発振周波数は照
射モードにおける発振周波数の最高値の１／１０以上か
つ１／１以下の範囲に設定されているから、待機モード
において発振しているとしてもエネルギビーム照射に関
する機器や材料（光学系やガス類など）のメンテナンス
や交換のための期間を長くすることができる。

【００２７】この発明のさらなる他の局面に係る加工方
法は、被加工物と該被加工物に照射するエネルギビーム
とを相対移動させることにより、被加工物を加工する方
法であって、相対移動に伴い変化する被加工物の位置を
示す位置情報が所定周期で検出されるごとに、検出され
た位置情報に対応する被加工物の所定照射位置にエネル
ギビームを照射する。

【００２８】したがって、エネルギビーム照射のタイミ
ングを位置情報が検出される所定周期に同期させなが
ら、エネルギビームを検出された位置情報に対応の照射
位置に照射させることができる。それゆえに、相対移動
距離全域にわたって所定照射位置にエネルギビームを照
射できる。言換えると、相対移動の加速領域から定速領
域への移行時や、減速領域から停止時などに生じる速度
ムラとは無関係に相対移動距離全域にわたって所定照射
位置にエネルギビームを照射できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照し説明する。本実施の形態では、基板ガ
ラス上に横方向結晶成長によるアニール加工を施すレー
ザアニール装置を想定し説明するが、被加工物は基板ガ
ラスに限定されず、また加工内容はアニールに限定され
ない。

【００３０】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ
アニール装置の構成図である。図１のレーザアニール装
置は、図示されない発振器を内蔵するレーザ照射装置
１、シャッタ２、エキスパンダ３、ホモジナイザ４、フ
ィールドレンズ５、反射のためのミラー５ａ、７および
８、マスク６、基板（ガラス）９、駆動ステージ１０ａ
および１０ｂ、位置センサ１１ａおよび１１ｂ、モニタ
１１、ドライバ１２および１３、コンピュータ１４、結
像レンズ１５ａ、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ１５、
切替器１６および１７、パルス発振器１８、入力インタ
ーフェイス１９、コントローラ２０および開閉器２１を
含む。切替器１６はカウント機能を有して、切替器１７
およびパルス発振器１８のいずれか一方の出力が与えら
れると、与えられる信号を入力する。コントローラ２０
はマイコンチップを内蔵してプログラム処理によりレー
ザ照射装置１に対して照射タイミングを決定する信号ｑ
を与える。レーザ照射装置１は信号ｑが与えられると信
号ｑを入力するので、内部の発振器は信号ｑが入力され
たことに応じて発振して、レーザビームが照射される。
したがって、レーザビームの照射周期と信号ｑの入力周
期は同期する。

【００３１】図１のレーザアニール装置の動作において
は、レーザ照射装置１より照射されたレーザビームは、
シャッタ２を通過し、ビームのエキスパンダ３、ホモジ
ナイザ４などにより照射エネルギの均一化をされ、フィ
ールドレンズ５を通過し、ミラー５ａによってビーム方
向を変え、駆動ステージ１０ｂ上に載せられたマスク６
を照射する。このマスク６に予め形成されたパターンに
対応のビームがミラー７および８で反射されながら結像
レンズ１５ａを透過して基板９上に照射されることによ
り、基板９上にマスク６のパターンによる像が結像され
る。このとき、ＣＣＤカメラ１５は結像レンズ１５ａの
両側において、アライメントマークを認識するために動
作し、その出力信号はモニタ１１を介してコンピュータ
１４に与えられ、ここで処理される。

【００３２】レーザ照射装置１としては、波長が紫外線
にて発振するエキシマレーザを用いることができるが、
この他に、波長が可視光のＹＡＧレーザかガスレーザで
行なうことも可能であるが、いずれも発振パルス幅が１
０ｎｓから数百ｎｓの間のパルス幅を有することが望ま
しい。

【００３３】マスク６上のパターンは通常、その開口部
の幅が基板９上で１から５μｍ程度に対応し、開口部の
長さはデバイスの形状や光学系により適宜決定される。
そのような開口部が複数、マスク６上に構成されてい
る。なお、マスク６上での開口部それぞれの大きさは、
光学系の縮小倍率によって決定されるが、縮小倍率は概
ね１／２から１／１０程度に設定されるので、マスク６
上での開口部は、これに応じた倍率だけ拡大された大き
さの形状にする必要がある。

【００３４】基板９は駆動ステージ１０ａ上に真空吸着
方法、機械的方法などの各種方法により固定して載置さ
れる。駆動ステージ１０ａは同一平面内をＸＹ方向に駆
動させられるので、これに伴い基板９をＸＹ方向に移動
させることができる。同様にマスク６も駆動ステージ１
０ｂ上に載置されて、駆動ステージ１０ｂが同一平面内
をＸＹ方向に駆動されることにより、マスク６のＸＹ方
向に移動させることができる。これにより、基板９上で
マスク６のパターンを移動させるとき、基板９を駆動ス
テージ１０ａにより移動させてもよいし、また、マスク
６を駆動ステージ１０ｂにより移動させてもよい。パタ
ーンを移動させるという目的を両者で同等に達成するこ
とができる。

【００３５】駆動ステージ１０ａおよび１０ｂにはボー
ルベアリングあるいはローラベアリングによる支持ガイ
ドや空気あるいは流体を用いた流体支持ガイドを用い、
これを精密なねじ送り、もしくはリニアモータを用いア
クチュエータで駆動することが可能である。

【００３６】ただし、液晶パネルの製造においては、基
板９は通常２０ｃｍ角以上の大きさを有し、特に近年は
数十ｃｍ角、あるいは１ｍ角に近い大きさを有すること
も頻繁であるから、このように大きな基板９を精度よく
移動させるには困難が伴う。このような背景から、マス
ク６のパターンの移動に関しては、マスク６を載置した
駆動ステージ１０ｂによりマスク６のパターンを移動さ
せることが望ましい。これは、マスク６のパターンが形
成された領域は、数ｍｍ角から数十ｍｍ角の大きさに限
定されるため、それほど長い駆動ストロークが必要とさ
れず、駆動ステージ１０ｂの駆動に関する仕様を比較的
簡単にすることができるからである。

【００３７】駆動ステージ１０ｂによるマスク６の移動
範囲は精々数十ｍｍであり、基板９の表面全面にわたっ
てレーザビーム照射を行なう場合には、基板９の駆動ス
テージ１０ａによる移動を組合せて行なう必要がある。

【００３８】駆動ステージ１０ａおよび１０ｂそれぞれ
には、該ステージのＸＹ軸方向の位置を検出する位置セ
ンサ１１ａと１１ｂがそれぞれ備えられる。位置センサ
１１ａと１１ｂそれぞれとしては、ガラス板や金属板の
上に格子を刻んでそれを用いて位置検出する、いわゆる
リニアスケールを用いることが可能であるが、位置検出
方法はこれに限定されない。たとえば、レーザビームを
照射して、その反射光との干渉効果あるいはドップラー
効果を用いて距離を測定するレーザ測長器を用いること
もできる。いずれの位置検出方法においても、分解能と
しては０．１もしくは０．０１μｍ程度の精度で計測で
き、この精度で駆動ステージ１０ａおよび１０ｂの位置
の計測を行なうことが可能となる。また、位置センサ１
１ａおよび１１ｂそれぞれの出力を図示されない対応の
駆動ドライバを介して図示されないアクチュエータにフ
ィードバックし、いわゆるクローズループによる駆動ス
テージ１０ａおよび１０ｂそれぞれの位置制御を行なえ
ば、極めて高精度な位置決めが可能となり、本実施の形
態に要求される位置精度の確保には最適である。

【００３９】基板９の主表面上にはアモルファスシリコ
ン膜（図示せず）が概ね１０〜１００ｎｍの厚さに積層
されており、この膜に本装置によるレーザビーム照射処
理を施した後、別の複数の工程の処理を施すことによ
り、半導体の特性を持たせ、トランジスタなどの素子を
構成することにより、液晶、ＥＬなどの表示デバイスの
駆動用基板として用いることができる。

【００４０】図１のレーザアニール装置においては、レ
ーザビーム照射は基板９の主表面（アモルファスシリコ
ン膜）上に対して連続して複数回行なわれ、基板９を移
動させるときに、駆動ステージ１０ａの位置を位置セン
サ１１ａにより計測しつつ移動させ、基板９におけるレ
ーザビームの照射位置が、本来のレーザビームを照射す
べき理想位置にまで達したときに位置センサ１１ａより
パルス信号ｒを出力し、パルス信号ｒによって、レーザ
ビームの照射が開始されるとしたものである。これを行
なうための信号制御の流れを以下に説明する。

【００４１】入力インターフェイス１９より駆動に必要
な各種パラメータを制御用のコンピュータ１４に入力
し、動作の準備を行なう。この場合、入力インターフェ
イス１９としては、キーボードや外部とのネットワーク
とのインターフェイスなどで、任意に構成することがで
きる。

【００４２】入力されるパラメータの種類としては、基
板９の照射開始位置、マスク６のパターン移動速度、加
減速時間、移動量に対する移動パルス数、基板９におけ
る照射ピッチなどである。レーザ照射装置１は、コント
ローラ２０から与えられる信号ｑの周波数にて内部の発
振器が発振してレーザビームを出力する。信号ｑはコン
トローラ２０の入力信号に基づく周波数を有する。

【００４３】シャッタ２は開閉自在であり、図１に示さ
れるように被加工物である基板９に対するレーザビーム
の照射経路上に設けられている。コンピュータ１４はシ
ャッタ２に対して信号ｄを与えて、シャッタ２を、基板
９にレーザビームを照射する照射モードにおいては照射
経路を確立するために完全に開いた開状態とし照射モー
ドを除く待機モードにおいては照射経路を遮断するため
に完全に閉じた閉状態とするように制御する。シャッタ
２は開閉状態を示す信号ｆをコンピュータ１４に出力す
る。このような待機モードから照射モードに移行すると
き、シャッタ２が完全閉状態から完全開状態へ移行する
期間においては、レーザ照射装置１によるレーザビーム
の照射は停止するよう制御される。

【００４４】基板９に対してレーザ照射が行なわれない
待機状態（待機モード）においては、上述のようにシャ
ッタ２はコンピュータ１４から与えられる信号ｄにより
完全な閉状態にあるから、レーザ照射装置１からのレー
ザビームは以降の各段には与えられない。待機状態では
パルス発振器１８から出力されるパルス信号が切替器１
６および開閉器２１を介して、コントローラ２０へ入力
され得るように、コンピュータ１４により制御される。
コントローラ２０はパルス発振器１８から出力されるパ
ルス信号を切替器１６および開閉器２１を介して入力し
て保持し、コンピュータ１４で設定された所定パラメー
タに相当の数の信号が保持されると、１回信号ｑを出力
する。したがって、パラメータ設定が１：１であればパ
ルス発振器１８の信号出力周期と信号ｑの周期は一致す
る。

【００４５】このようにパルス発振器１８から出力され
るパルス信号周波数に基づいて、レーザ照射装置１は所
定の繰返し周波数で発振を行なう。このような待機状態
では、照射モード時の最高周波数の１／１０〜１／１の
範囲でレーザ照射装置１は発振するよう設定するのが望
ましい。これはレーザ照射装置１がエキシマレーザの場
合、ガスレーザであるため、レーザ照射装置１は発振開
始からしばらくの間は発振が不安定であり、また、発振
パワーの安定性も悪く、発振、停止を繰返すとそのたび
にレーザ照射装置１の図示されない発振器が不安定な状
態に陥る。このため、実際に基板９にレーザビームを照
射しない待機状態であっても発振を持続させることによ
り、レーザ照射装置１を安定させることができるからで
ある。エキシマレーザは発振を行なうごとに、レーザ照
射装置１の図示されないレーザチューブが劣化してい
き、ついには交換が必要となる特性を有しており、発振
周波数を低く設定することで、交換寿命を長くすること
でき、待機状態では低い周波数に設定することで、この
交換寿命を長くすることが可能となる。

【００４６】図２は、図１の各種信号のタイミングチャ
ートである。図２の信号ａは図１の入力インターフェイ
ス１９の装置のスタートスイッチ（図示せず）による状
態を示し、信号ｂは入力インターフェイス１９でステー
ジ移動量をパラメータ設定するための信号入力を示し、
信号ｃは位置センサ１１ａおよび１１ｂそれぞれからの
信号出力の何回に１回レーザビームを照射するかの設定
入力を示し、信号ｌはレーザ照射装置１の発振周波数を
コントロールするための信号を示す。図２の他の信号に
ついては後述する。図３は図１のコンピュータ１４によ
る照射モード時の処理フローチャートである。図３のフ
ローチャートに従い、図１と図２を参照しながら、待機
状態から、レーザビーム照射状態に移行した場合の基本
的な動作を説明する。

【００４７】予め入力インターフェイス１９を通じ、コ
ンピュータ１４に設定された各種パラメータに基づいて
基板９上にレーザビームを照射する処理を開始する（ス
テップＳ（以下、ステップＳは単にＳと略す）１，Ｓ
２）。このときコンピュータ１４には照射スタートを指
示する信号ａが入力されるるとともに、駆動ステージ１
０ａと１０ｂについての移動量が設定されたパラメータ
に基づいて設定されて（図２の信号ｂ参照）、切替器１
６のカウンタのピッチがプリセットされる（図２の信号
ｃ参照）。

【００４８】まず、コンピュータ１４は入力されたパラ
メータに基づいてドライバ１３を制御するので、ドライ
バ１３により駆動ステージ１０ａが駆動されて、基板９
が照射開始位置にまで移動される（Ｓ３）。移動された
とき位置センサ１１ａからは信号ｒが出力されるので、
切替器１７は信号ｒを入力し、信号ｒを入力したことに
応じて位置センサ１１ｂから与えられる信号ｐを入力す
るよう動作する。コンピュータ１４はドライバ１３との
信号のやり取りを通じて基板９の照射開始位置への移動
が完了したことを認識し次第、シャッタ２へ開動作する
ように指示するための信号ｄを出力するので、閉状態に
あったシャッタ２は開方向に動作し、その状態を示す信
号ｅがシャッタ２からコンピュータ４に出力される（Ｓ
４）。

【００４９】ここで、シャッタ２は図２の信号ｅに示さ
れるように（信号ｅはｌｏｗ側が完全開、ｈｉｇｈｔ側
を完全閉としている）動作を始めるが、完全に開放する
まではある程度の時間を要し、この間レーザビームが照
射された状態になると、基板９だけでなく、散乱光によ
り、エキスパンダ３やホモジナイザ４などの光学系や、
その周辺機器に損傷を与えることがあり、また同時に周
辺のオペレータなどへの危険も考えられる。このように
シャッタ２が完全に開でも完全に閉でもない状態のとき
は、レーザビームの照射経路はシャッタ２により一部遮
られた状態となっている場合であり、このような状態で
マスク６を照射してパターンを結像させると像の状態が
劣化してしまい、安定処理が行なえない。

【００５０】そこで図１のレーザアニール装置では、こ
れらの不具合を避けるためにシャッタ２がこのような中
間の状態にあるときに、レーザ照射装置１の発振を停止
させる機能を有する。具体的には、コンピュータ１４
は、シャッタ２への開指令の信号ｄと同時に信号ｋをパ
ルス発振器１８に出力する。パルス発振器１８は信号ｋ
が与えられると出力が禁止されるので、レーザ照射装置
１に信号ｑは与えられなくなって、レーザ照射装置１の
発振は停止しレーザビームは出力されない状態となる。
コンピュータ１４は信号ｋの出力を基板９へのレーザビ
ーム照射が完了した後のシャッタ２から閉の完了を示す
信号ｆを入力するまで維持する。

【００５１】ここでは、信号ｋを用いてパルス発振器１
８の発振を禁止しているが、別の方法としてパルス発振
器１８の発振はそのままとし、開閉器２１によりコント
ローラ２０への信号入力を遮断する方法も適用できる。

【００５２】コンピュータ１４は、信号ｆを入力して、
信号ｆがｌｏｗ（開完了）になったことを検知すると、
カウントイネーブル信号ｇを切替器１６に出力するとと
もに、カウントイネーブル信号ｇと動作スタートの信号
をドライバ１２に出力する。ドライバ１２は切替器１６
によるカウント動作開始と同期して動作を開始する。そ
の後、マスク６の駆動ステージ１０ｂによる移動と基板
９に対するレーザビームの照射とが同時に行われて（Ｓ
５、Ｓ６）、その後マスク６のパターン１行分の移動が
完了すると同時にレーザビームの照射は一時停止する
（Ｓ７、Ｓ８）。図２の信号ｊのｌｏｗレベル期間がＳ
５〜Ｓ８の処理期間に対応する。

【００５３】具体的には、ドライバ１２は動作開始する
と、マスク６の駆動ステージ１０ｂを駆動するのでマス
ク６が移動する。このとき、駆動ステージ１０ｂの速度
はコンピュータ１４によりドライバ１２を介して、図２
のテーブル速度の信号ｈに示す如く、予め、パラメータ
として定められた加速度により、同じくパラメータとし
て定められた速度まで加速を行ない、その速度に達した
時点で一定速度で駆動され、ある定められた距離（たと
えば、パターン１行分）だけ進んで停止するように制御
される。なお、停止の際も一定の減速加速度で行なった
後停止するよう制御される。この加速度、速度の制御は
位置センサ１１ｂからの位置情報を示す信号ｏを用い
て、ドライバ１２にフィードバックされ、前述したクロ
ーズドループにより制御されるのが好ましい。

【００５４】このとき、上述したような加速領域、一定
速度領域および減速領域に対応の全移動領域において
は、レーザ照射装置１は駆動ステージ１０ｂの走行と同
期した位置情報を示す信号ｐを受けて、レーザビーム照
射のタイミングを合わせる。具体的には、コンピュータ
１４は位置センサ１１ｂから出力される位置情報を示す
信号（リニアスケールの値を示す信号）ｐが、切替器１
７→切替器１６→開閉器２１→コントローラ２０に与え
られるように制御する。このとき、切替器１６は入力す
る信号ｐが示すリニアスケールの値をカウントしてカウ
ント値の信号を開閉器２１を介してコントローラ２０に
出力する。

【００５５】コントローラ２０はコンピュータ１４を介
して予めパラメータとして設定された照射ピッチごとに
レーザビームを照射するよう、そのタイミングを示す信
号ｑをレーザ照射装置１に出力する。すなわちコントロ
ーラ２０はコンピュータ１４を介して予め与えられた照
射開始位置と照射ピッチの情報から基板９上の本来照射
すべき理想的な所定照射位置を演算し、位置センサ１１
ｂから出力された信号ｐに従い切替器１７→切替器１６
→開閉器２１を介して与えられる信号に基づくマスク６
を介したレーザビーム照射位置が、本来のレーザビーム
を照射すべき理想位置（演算された所定照射位置）に達
したと判断したときに、照射タイミングであることを示
す信号ｑをレーザ照射装置１に出力するので、レーザ照
射装置１は信号ｑの入力に従ってレーザビームを照射
し、基板９上にマスク６のパターンが結像される。ここ
で、位置センサ１１ｂにリニアスケールを用いたセンサ
を適用すると、位置情報を示す信号ｐは図２に示される
ように駆動ステージ１０ｂ動作中（信号ｊ参照）では概
ね模式的にパルス的出力の信号ｉの如くになり、駆動ス
テージ１０ｂの加速領域および減速領域ではパルスの間
隔が粗くかつ変化し、一定速度領域では一定間隔で出力
されるようになる。

【００５６】したがって、信号ｐを用いて制御されるレ
ーザ照射装置１からの光パルス出力も、図２の信号ｍの
如く加減速領域で粗く一定速度領域で概ね一定の間隔の
光パルス列となる。

【００５７】このようにしてマスク６のパターン１行に
ついての移動と照射が終了すると、コンピュータ１４は
すべての行数分について照射が終了したか判定し（Ｓ
９）、未終了の場合にはマスク６（基板９）を対応の駆
動ステージを介してさらに１行分照射するために移動さ
せて（Ｓ１０）駆動ステージによる移動とレーザビーム
の照射とを行う（Ｓ５〜Ｓ８）が、終了と判定すると基
板９へのレーザビーム照射完了とする（Ｓ１１）。その
後、レーザ照射装置１の発振出力を禁止し（Ｓ１２）、
シャッタ２に対して信号ｄを出力して閉じるように指示
し（Ｓ１３）、各駆動ステージを次回の照射開始位置に
移動させて（Ｓ１４）、シャッタ２からの信号ｆにより
完全閉状態となったことが確認されると（Ｓ１５）、図
１の装置自体を動作ストップさせる（Ｓ１６）。

【００５８】このように図１のレーザアニール装置によ
れば、マスク６や基板９の駆動ステージ１０ａ、１０ｂ
に設置した位置センサ１１ａ、１１ｂのリニアスケール
によるパルス信号ｐ、ｒとレーザ照射装置１のレーザ照
射タイミングを示す信号ｑとを同期させることができ
て、各駆動ステージの位置には関係なくレーザビーム照
射ができ、スループットが向上する。また、基板９の一
部にレーザビーム照射を行ない、次いで基板９の他の一
部にレーザビーム照射を行なう操作を連続して、複数回
のレーザビーム照射を基板９に対して行なう装置におい
て、レーザビーム照射のタイミングをマスク６や基板９
の駆動ステージ１０ａ、１０ｂに設置した位置センサ１
１ａ、１１ｂのリニアスケールから出力されるパルス信
号ｐおよびｒと同期させることで、各駆動ステージの位
置情報に対して照射タイミングを相対的に合わせること
ができて、各駆動ステージの移動距離全域、すなわち加
速領域−低速領域−減速領域のすべての領域を使って、
効率よく一定間隔で基板９上にレーザビーム照射ができ
る。

【００５９】またレーザ照射装置１のレーザ照射タイミ
ングについて上述のようにの同期を取ることで、駆動ス
テージ１０ａ、１０ｂの位置には関係なく駆動ステージ
移動の加減速領域を含む移動領域全域で任意の間隔で一
定にレーザビーム照射ができ、スループットが向上す
る。

【００６０】また、シャッタ２の開閉動作中はレーザ照
射装置１から照射されたレーザビームが基板９上に予め
設定された照射エリア以外へ照射しないようにレーザ照
射装置１のレーザ発振を停止するようにコンピュータ１
４からパルス発振器１８に対して出力禁止信号ｋが出力
され、レーザ照射装置１を一時的に停止させることがで
きる。レーザ発振を停止させることで基板９の必要領域
以外へのレーザビームの無駄な照射がなくなる。

【００６１】また、レーザ照射装置１と連動するシャッ
タ２を設けることで、レーザ照射装置１を連続的に発振
させ、レーザビームの照射を安定した状態に保つことが
可能になる。レーザビーム照射を行なわない待機モード
時（基板９がないなどのアイドリング状態、基板９のロ
ーディング／アンローディング時、その他アニール状態
の観察モード時など）のシャッタ２が閉状態のときは、
パルス発振器１８によるレーザ照射装置１の発振周波数
を照射モード時の照射時最高周波数の１／１０〜１／１
の範囲にコントロールすることができる。これによっ
て、レーザ照射装置１内の光学系および使用しているガ
ス類のメンテナンスや交換時期を延ばすことができる。

【００６２】図４（Ａ）〜（Ｅ）にマスク６に形成され
たパターンと結晶化された基板９が示される。図４
（Ａ）はマスク６に形成（配置）されたパターン（以
下、マスクパターンという）２２を示す。図示されるよ
うに、マスクパターン２２には複数の開口部２３が予め
形成されて開口部２３では他の部分より光の透過率を比
較的高くしてある。開口部２３の幅は、基板９上に結像
されたときに概ね２〜５μｍになる範囲に設定する。マ
スクパターン２２をマスク６に配置し、図１の装置によ
り、基板９に結像させレーザビーム照射を行なう。図４
（Ｂ）に基板９上に形成されるアモルファスシリコン膜
２４が示される。アモルファスシリコン膜２４の厚さは
液晶表示装置に用いる場合は概ね１００から１０００Å
の範囲の厚さであり、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法な
どの方法により形成される。

【００６３】アモルファスシリコン膜２４にマスクパタ
ーン２２を介してレーザ照射装置１からパルス上にレー
ザビームが照射されると、レーザビームについてパルス
幅は５０〜５００ｎｓで、アモルファスシリコン膜２４
上でのエネルギ密度が１００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²に
設定されていると、アモルファスシリコン膜２４には図
４（Ｂ）のような結晶化領域２５が生じる。

【００６４】結晶化は図４（Ｂ）のように、開口部２３
による像の幅方向に生じ、マスクパターン２２の両側か
ら中心部に向かって成長が生じる。成長が生じる長さは
概ね１〜２μｍであり、開口部２３の像の幅を２〜３μ
ｍに設定すると、ほぼ中心部まで結晶化が生じる。この
ように１行分完了すると、レーザ照射装置１のレーザ照
射も停止する（図３のＳ８参照）。次に、マスク６（マ
スクパターン２２）を駆動ステージ１０ｂにより移動さ
せる（図３のＳ１０参照）。具体的には開口部２３の像
を基板９上でおおよそ０．５μｍだけ移動させて、この
位置でレーザビームを照射する（図３のＳ５とＳ６参
照）。この０．５μｍという移動量は、１回の結晶化で
生じる結晶の長さが１から２μｍであることからくるも
のであり、概ね１回に成長する結晶長よりも小さく設定
する必要がある。さらには、その結晶長の半分程度に設
定すると、最初の結晶の核発生の影響が少なく、かつ結
晶の終端付近の不均一性も避けることができ、さらに望
ましい。このとき、レーザ照射装置１の発振タイミング
（レーザビームの照射タイミング）は前述したような構
成と方法によりマスク６の駆動ステージ１０ｂが加速領
域、低速領域および減速領域のいずれにあっても、位置
センサ１１ｂからの位置情報を示す信号ｐに同期させる
ことが可能である。

【００６５】図４（Ｂ）の状態の位置からさらに０．５
μｍ移動させて照射すると、図４（Ｃ）のような状態に
なり、図４（Ｂ）のような状態に繋がって結晶化が生じ
る結果、図４（Ｂ）よりやや伸びた結晶化領域２６が形
成される。このようなプロセスを繰返すと、図４（Ｄ）
のようにさらに伸びた結晶化領域２７が得られ、これを
複数回繰返していくと図４（Ｅ）のように基板９のアモ
ルファスシリコン膜２４全体が一定方向に伸びた結晶化
領域２８で埋め尽くされる状況が得られる（図３のＳ９
でＹＥＳ）。

【００６６】このように、一定方向に伸びた結晶化領域
では、その伸びた方向にトランジスタのキャリアが流れ
るように設定すれば、結晶粒界によりキャリアが散乱さ
れる頻度が少なくなり、応答速度（キャリア移動度）が
２００〜５００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の素子が得られ、液
晶表示板に用いた場合、動画の表示に極めて有利である
とともに、液晶基板上に高速性を必要とするＡＤ変換器
や駆動ドライバなどの周辺回路を構成することができ、
従来、他の基板で構成した上で接続していたものが一体
的に構成され、小型軽量化、信頼性の向上などに極めて
有利である。

【００６７】図５（Ａ）〜（Ｅ）には、その他のマスク
パターンと結晶化された基板の例が示される。図５
（Ａ）はマスクパターン２２の他の例を示したもので、
マスクパターン２２には複数の開口部２９が配置され、
開口部２９はその他の部分より光の透過率を比較的高く
設定してある。開口部２９の幅は、この開口部２９を介
したレーザビームが基板９上に照射され、その像が結像
されたときに概ね２〜５μｍになる範囲に設定される。

【００６８】開口部２９は長手方向に隣接する開口部２
９とおおよそ０．５μｍずらせて配置され、複数の開口
部２９からなる組（ここでは４個の開口部２９からなる
組）を１つの開口群として、複数個の開口群が配置され
る。ずらす量（ここでは０．５μｍ）は、結晶の伸びる
長さよりも少なくとも短くする必要があり、おおよそ結
晶長の半分に規定すると都合がよいのは、前述のとおり
である。各開口群同士の関係は図５（Ａ）で各開口群の
右端部３０が、開口部２９の幅方向に隣接する別の開口
群の左端部３１と少なくともほぼ一致するか、右端部３
０が左端部３１より右側になるよう配置される。

【００６９】マスクパターン２２をマスク６に配置し、
図１の装置により基板９に結像させ、照射を行なう。基
板９には、アモルファスシリコン膜２４が形成され、そ
の厚さは液晶表示素子に用いる場合は、概ね１００〜１
０００Åの範囲の厚さであり、スパッタ法、蒸着法、Ｃ
ＶＤ法などの各種方法により形成される。

【００７０】マスク６を介してレーザ照射装置１からパ
ルス上にレーザビーム照射が行なわれ、レーザビームの
パルス幅が５０〜５００ｎｓで、アモルファスシリコン
膜２４上でのエネルギ密度が１００〜１０００ｍｊ／ｃ
ｍ²に設定されていると、開口部２９に対応して、アモ
ルファスシリコン膜２４には結晶化領域３２が生じる。

【００７１】結晶化は図５（Ｂ）のように、開口部２９
による像の幅方向に生じ、マスクパターン２２の両側か
ら中心部に向かって成長が生じる。成長が生じる長さは
概ね１〜２μｍであり、開口部２９の像の幅を２〜３μ
ｍに設定すると、ほぼ中心部まで結晶化が生じる。

【００７２】次に、マスクパターン２２を矢印３３の方
向に開口部２９の１個分の長さだけ移動させた位置でレ
ーザビームを照射する。マスクパターン２２を移動させ
るには、基板９を移動させるのが望ましく、そのため基
板用の駆動ステージ１０ａを駆動する。このようなレー
ザビーム照射を行なうと開口群による結晶化パターンが
図５（Ｃ）に示されるように開口群により領域３６が新
たに結晶化され、領域３５では前回の照射領域と重なっ
て照射されるため、結晶が繋がって成長する領域３４が
生じる。

【００７３】このような駆動を行ないながら、レーザ照
射装置１を前述したような信号ｒによる同期制御を行な
いながら発振させるには、図１で説明した方法により、
基板９用の駆動ステージ１０ａが加速領域、低速領域お
よび減速領域のいずれにあっても、位置センサ１１ａか
らの位置情報を示す信号ｒを切替器１７→切替器１６→
開閉器２１→コントローラ２０に加えて、レーザ照射装
置１の発振タイミングを示す信号ｑを信号ｒに同期させ
ることで行なうことが可能である。

【００７４】次に、再度、基板９を開口部２９の長さ分
だけ移動させ、照射を行なうと図５（Ｄ）のような状態
となる。図５（Ｄ）では新たに結晶化された領域３９
と、前回の結晶化領域と重なる部分の領域３８が生じ
る。これを繰返すと、図５（Ｅ）のように、開口部２９
の幅方向に結晶化領域が成長し、ついにはアモルファス
シリコン膜２４が全面にわたって繋がった領域４０が生
じる。図５（Ｅ）においては重なった領域４１、新たな
結晶化領域４２にはまだ結晶化されていない領域が残存
するが、これも基板９の移動を継続することにより埋め
尽くしていくことが可能である。

【００７５】この際に、本実施の形態により示した駆動
ステージ１０ａの駆動方法を用いると、レーザビームの
照射タイミングは前述した方法によりマスク６や基板９
の駆動ステージ１０ａおよび１０ｂが加速領域、低速領
域および減速領域のいずれにあっても、それぞれの位置
センサ１１ａ、１１ｂからの位置情報を示す信号ｐおよ
び信号ｒにレーザ照射装置１の発振タイミングを示す信
号ｑを同期させることで行なうことが可能である。この
ことから、マスクや基板を移動させるための加速および
減速期間においてもレーザビームの照射が可能であり、
このために基板９の処理時間を短縮化することが可能と
なる。

【００７６】以上のように、本実施の形態によれば、エ
キシマレーザやＹＡＧレーザを使って基板ガラスなどに
処理を施す場合に、リニアスケールなどによるタイミン
グ信号（信号ｐ、信号ｒおよび信号ｑ）によりレーザ発
振と各駆動ステージ（１０ａ、１０ｂ）やシャッタ２な
どと同期を取ることができて、駆動ステージ（１０ａ、
１０ｂ）の加減速領域や一定速度領域を問わず、すなわ
ち基板９やマスク６の移動における加減速領域や一定速
度領域を問わず、常に一定のピッチで基板９上にレーザ
ビームを照射できる。

【００７７】また、シャッタ２により、無駄なレーザビ
ーム照射がなく、基板９にもそのための余裕を持たせる
必要がなくなり、スループットの向上やコスト削減など
に有利である。

【００７８】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装
置の構成図である。

【図２】図１の各種信号のタイミングチャートであ
る。

【図３】図１のコンピュータ１４による照射モード時
の処理フローチャートである。

【図４】（Ａ）〜（Ｅ）はマスクに形成されたパター
ンと結晶化された基板の例を示す図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｅ）はマスクパターンと結晶化さ
れた基板の他の例を示す図である。

【図６】従来のレーザアニール装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１レーザ照射装置、６マスク、９基板、１０ａ，
１０ｂ駆動ステージ、１１ａ，１１ｂ位置センサ、
１４コンピュータ、１６，１７切替器、１８パル
ス発振器、１９入力インターフェイス、２０コント
ローラ、ｄ，ｆ，ｇ，ｋ，ｐ，ｒ，ｑ信号。

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｇ０９Ｆ 9/00 ３４８Ｇ０９Ｆ 9/00 ３４８ＣＢ２３Ｋ 101:40 Ｂ２３Ｋ 101:40 (72)発明者乾哲也大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 AH00 CA01 CA02 CB02 CD10 CE04 DA10 5F052 AA02 BA18 BB02 BB07 CA10 DA02 DB01 DB07 JA01 5G435 AA17 BB12 CC09 EE37 HH13 KK05 KK10 LL06 LL07 LL08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物と該被加工物に照射するエネル
ギビームとを相対移動させることにより、前記被加工物
を加工する装置であって、前記相対移動に伴い変化する前記被加工物に関する位置
を示す位置情報が所定周期で検出されるごとに、検出さ
れた前記位置情報に対応する前記被加工物の所定照射位
置に前記エネルギビームを照射する、加工装置。
【請求項２】前記所定周期は、前記相対移動の加速度
に比例した周期であることを特徴とする、請求項１に記
載の加工装置。
【請求項３】前記被加工物に対する前記エネルギビー
ムの照射経路に設けられた開閉自在のシャッタ部と、前記シャッタ部を、前記エネルギビームを前記被加工物
に照射する照射モードにおいて前記照射経路を確立する
ために完全に開いた開状態とし前記照射モードを除く待
機モードにおいて前記照射経路を遮断するために完全に
閉じた閉状態とするためのシャッタ制御手段とを備え
て、前記待機モードから前記照射モードに移行するとき、前
記シャッタ部が前記閉状態から前記開状態へ移行する期
間においては、前記エネルギビームの照射は停止するこ
とを特徴とする、請求項１または２に記載の加工装置。
【請求項４】前記待機モードにおいては前記エネルギ
ビームを照射するための発振周波数は、前記照射モード
における前記発振周波数の最高値の１／１０以上かつ１
／１以下の範囲に設定されることを特徴とする、請求項
３に記載の加工装置。
【請求項５】被加工物と該被加工物に照射するエネル
ギビームとを相対移動させることにより、前記被加工物
を加工する方法であって、前記相対移動に伴い変化する前記被加工物の位置を示す
位置情報が所定周期で検出されるごとに、検出された前
記位置情報に対応する前記被加工物の所定照射位置に前
記エネルギビームを照射させる、加工方法。