JP2008294106A

JP2008294106A - レーザアニール装置

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Publication number: JP2008294106A
Application number: JP2007136226A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Marutani; 健太郎丸谷; Naoshi Ando; 直志安藤; Taketo Miyashita; 丈人宮下
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】装置の段取り換え等に際して、校正用の基板を使用しなくても、被照射体上でレーザ光の照射位置を精度良く保証することができるレーザアニール装置を提供する。
【解決手段】本発明のレーザアニール装置は、基板１０を保持するテーブル９と、基板１０の表面に照射すべきレーザ光を出射する複数のレーザヘッド１と、テーブル９をＸＹ座標平面で移動させるテーブル移動機構（６，７，８）と、テーブル移動機構によるテーブル９の移動位置を検出する検出手段と、レーザヘッド１から出射されたレーザ光を受光することにより、当該レーザ光の照射位置を測定する測定手段１１と、テーブル移動機構によってテーブル９を移動させた際に、検出手段から得られる検出結果と測定手段から得られる測定結果に基づいて、複数のレーザヘッド１によるレーザ光の照射位置をＸＹ座標平面で特定する特定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被照射体の表面にレーザ光を照射することでアニール処理を施すレーザアニール装置に関する。

レーザアニール処理は、基板上に形成された非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して熱を加えることにより、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に転換させる。このレーザアニール処理では、基板に瞬時に高熱が与えられるため、基板上に形成された熱に弱いパターン、例えばアルミニウム配線などにレーザ光が照射されてしまうとパターンを焼き切るなどの不良を起す。このため、レーザ光の照射位置は常に高精度に管理する必要がある。

上記のレーザアニール処理に用いられるレーザアニール装置では、レーザヘッドの搭載位置を高精度に管理していても、レーザヘッドの出射口から出射されたレーザ光の照射位置は、レーザヘッドの取り付け角度誤差により、基板に到達するまでにずれを起こす。こうした取り付け角度誤差によるレーザ光照射位置のずれは、レーザヘッドの取り付け位置から基板までの距離が長くなるほど大きくなる。

この対策としては、主に２つの方法がある。第１の方法は、レーザヘッドの取り付け角度誤差を低減する方法があり、第２の方法は、レーザ光照射位置のずれを補正する方法である。ただし、第１の方法を採用する場合は、レーザアニール装置の各部の加工・組立精度を向上させる必要があるため、装置価格の高騰の原因になる。したがって、装置価格の高騰を避けるには、第２の方法を採用すればよい。

レーザ光照射位置のずれを補正するには、基板上におけるレーザ光の照射位置を正確に把握する必要がある。その場合の具体的な補正方法として、実際の基板にレーザアニール処理を行なって、当該処理済みの基板の表面状態を観察・測定することにより、レーザアニール処理すべき位置と実際にレーザアニール処理された位置とのずれ量を把握し、その差分を位置ずれの補正量として装置に入力することが考えられる。

しかしながら、上記の方法で求めた差分は、基板の微小な回転によって生じたずれの成分であるのか、基板の微小な平行移動によって生じたずれの成分であるのか判別がつかないため、いずれの成分であって基板の平行移動で吸収せざるを得ない。このため、基板の回転中心からレーザ光の照射位置が遠くなるほど補正の誤差が発生しやすくなる。また、上記の方法では、基板を経由する相対参照にならざるを得ないため、アライメント精度（特に繰り返し位置決め精度）などの外乱の影響を受けてしまう。

さらに、実際にレーザアニール処理を行なってレーザ光照射位置のずれを補正するには、校正用の基板を用意する必要がある。また、レーザアニール処理を行なった結果が基板面内で同等になるように、校正用の基板の品質は一定でなければならない。

レーザアニール処理の光源として半導体レーザを用いたレーザアニール装置では、処理のスループットを向上させるために、レーザ光をマルチ化するか、レーザヘッドをマルチ化する必要がある。レーザ光をマルチ化する光学系は、マルチビームのそれぞれがもつエネルギーの強度にばらつきが生じるため、高精度に均一化を図ることが困難になる。これに対して、レーザヘッドをマルチ化する場合は、レーザヘッドごとに光出力のばらつきは発生するものの、個々のレーザヘッドにおける出力値の調整は比較的容易に行なえるため、光出力のばらつきを低減しやすい。複数の半導体レーザを用いてマルチヘッド化したレーザアニール装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００３−５９８５８号公報

マルチヘッドタイプのレーザアニール装置では、上述したレーザ光照射位置の補正をレーザヘッドの個数分だけ繰り返し行なう必要があるが、基板上において一度任意のレーザヘッドでレーザアニール処理した場所を、再度別のレーザヘッドでアニール処理することは不可能である。このため、基板上では各々のレーザヘッドを用いたレーザアニール処理をそれぞれ別の場所で実施せざるを得ない。その場合、校正用基板の品質が一定でなければ、高精度にレーザ光の照射位置を把握することができない。

また、マルチヘッドの段取り換えとして、例えば、レーザヘッド間のピッチを変更する場合は、現在の設定と新しい設定におけるヘッド間ピッチの差を装置に与えることになるが、その場合は相対参照にならざるを得ないため、ヘッド間ピッチを合わせただけでは基板上でレーザ光の照射位置を精度良く保証することはできない。したがって、段取り換えのたびに、校正用基板を用いたレーザアニール処理を行なって、レーザ光照射位置のずれ量を把握し、これに基づいてレーザ光照射位置を補正する必要がある。

こうした補正を実現するレーザ光照射位置の校正は、工程が複雑で自動化が困難であるため、手動にならざるを得ないが、手動になると調整者によって結果（調整精度等）が異なってしまう。また、レーザヘッドの数が多くなるほど、レーザ光照射位置の校正に要する時間が長くなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装置の段取り換え等に際して、校正用の基板を使用しなくても、被照射体上でレーザ光の照射位置を精度良く保証することができるレーザアニール装置を提供することにある。

本発明に係るレーザアニール装置は、被照射体の表面にレーザ光を照射することにより、被照射体にアニール処理を施すレーザアニール装置であって、被照射体を保持する保持手段と、被照射体の表面に照射すべきレーザ光を出射する複数のレーザヘッドと、保持手段と複数のレーザヘッドとを所定の座標平面で相対的に移動させる移動手段と、この移動手段による保持手段の移動位置を検出する検出手段と、レーザヘッドから出射されたレーザ光を受光することにより、当該レーザ光の照射位置を測定する測定手段と、移動手段によって保持手段と複数のレーザヘッドとを相対的に移動させた際に、検出手段から得られる検出結果と測定手段から得られる測定結果に基づいて、複数のレーザヘッドによるレーザ光の照射位置を所定の座標平面で特定する特定手段とを備えるものである。

本発明に係るレーザアニール装置においては、被照射体を保持する保持手段と複数のレーザヘッドとを所定の座標平面で相対的に移動させてレーザアニール処理する場合に、各々のレーザヘッドのレーザ光の照射位置を、上記座標平面内の絶対位置で管理することが可能となる。

本発明のレーザアニール装置によれば、装置の段取り換え等に際して、校正用の基板を使用しなくても、被照射体上でレーザ光の照射位置を精度良く保証することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係るレーザアニール装置の外観を示す斜視図である。図示したレーザアニール装置は、複数（図例では５つ）のレーザヘッド１，…を有するマルチヘッドタイプのレーザアニール装置である。各々のレーザヘッド１は、光源となる半導体レーザと、この半導体レーザから出射されたレーザ光のビーム形状を所定の形状に成形する光学系とを用いて構成されている。なお、図１においては、レーザアニール装置の各軸方向を、直交二軸方向となるＸ軸方向及びＹ軸方向と、当該直交二軸方向に交差（直交）するＺ軸方向で示している。

上記複数のレーザヘッド１，…は、定盤２上に設置された門型のコラム３に搭載されている。各々のレーザヘッド１は、所定のピッチでＹ軸方向に並べて設けられている。各々のレーザヘッド１は、レーザ光の出射口を下方に向けた状態で設けられている。また、各々のレーザヘッド１は、それぞれ個別のＺ軸移動機構４を介して、共通のヘッドＹ軸移動機構５に支持されている。Ｚ軸移動機構４及びヘッドＹ軸移動機構５は、レーザヘッド１とともにコラム３に搭載されている。Ｚ軸移動機構４は、それぞれ独立にレーザヘッド１をＺ軸方向に移動可能に支持するものである。ヘッドＹ軸移動機構５は、Ｚ軸移動機構４上に設置されたレーザヘッド１を、Ｚ軸移動機構４とともにＹ軸方向に移動可能に支持するものである。ヘッドＹ軸移動機構５は、Ｙ軸方向で各々のレーザヘッド１の位置を検出するスケールを有している。

一方、定盤２上には、それぞれ数値制御されたテーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７及びテーブルθ軸移動機構８が設けられている。テーブルＸ軸移動機構６は、テーブルＹ軸移動機構７を介して定盤２上に搭載されている。テーブルθ軸移動機構８は、テーブルＸ軸移動機構６上に設置されている。また、テーブルθ軸移動機構８上にはワークチャックテーブル９が設置されている。ワークチャックテーブル９は、レーザアニール処理で被照射体となる基板１０を保持する保持手段を構成するものである。また、テーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７及びテーブルθ軸移動機構８は、上記Ｘ軸及びＹ軸を直交二軸としたＸＹ座標平面でワークチャックテーブル９を移動させるテーブル移動機構となる。このテーブル移動機構（６，７，８）は、複数のレーザヘッド１とワークチャックテーブル９とを上記ＸＹ座標平面で相対的に移動させる移動手段を構成するものとなる。

さらに詳述すると、テーブルＸ軸移動機構６は、ＸＹ座標平面内でワークチャックテーブル９をＸ軸方向に平行移動させるものである。テーブルＹ軸移動機構７は、ＸＹ座標平面内でワークチャックテーブル９をＹ軸方向に平行移動させるものである。テーブルθ軸移動機構８は、ＸＹ座標平面内でＺ軸と平行な軸を中心にワークチャックテーブル９をθ軸方向に回転移動させるものである。ワークチャックテーブル９の回転中心は、当該ワークチャックテーブル９の内部（図例ではテーブル中心）に設定されている。こうしたテーブル移動機構６，７，８により、ワークチャックテーブル９は、定盤２上において、コラム３に搭載された各々のレーザヘッド１に対し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθ軸方向（回転方向）に相対的に移動可能に設けられている。

また、各々のレーザヘッド１を、それぞれに対応するＺ軸移動機構４によりＺ軸方向に移動させることにより、ワークチャックテーブル９上に設置された基板１０と各々のレーザヘッド１との間の距離を個別に調整可能となっている。これにより、レーザヘッド１から出射されたレーザ光を基板１０の表面で集光するように調整することができる。Ｚ軸方向においては、複数のレーザヘッド１とこれに対向するワークチャックテーブル９との間の距離が、テーブル移動機構６，７，８の駆動によってワークチャックテーブル９をＸＹ座標平面内で移動させても所定の距離（一定）に保たれるようになっている。

ここで、上述したテーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７及びテーブルθ軸移動機構８は、それぞれ独立したスケール（検出手段）を有するものである。これらのスケールは、ＸＹ座標平面において、テーブル移動機構６，７，８によるワークチャックテーブル９の移動位置を検出する検出手段を構成するものとなる。すなわち、テーブルＸ軸移動機構６のスケールは、Ｘ軸方向でワークチャックテーブル９の移動位置を検出する手段となり、テーブルＹ軸移動機構７のスケールは、Ｙ軸方向でワークチャックテーブル９の移動位置を検出する手段となる。また、テーブルθ軸移動機構８のスケールは、θ軸方向でワークチャックテーブル９の移動位置（回転位相）を検出する手段となる。

各々のテーブル移動機構６，７，８で使用されているスケールは、目盛り・直角が完全に校正されており、ワークチャックテーブル９の位置を検出するための基準として使用しても問題がないものとする。また、テーブルθ軸移動機構８は、θ軸方向に対して±１度以上の範囲でワークチャックテーブル９を回転可能とし、回転運動の中心位置は、ワークチャックテーブル９を回転しても変化しないものとする。

ワークチャックテーブル９は、例えば真空吸着等によって基板１０をＸＹ座標平面内で水平に保持するものである。ワークチャックテーブル９に保持される基板１０の上面には、予め非晶質シリコン膜が形成されている。また、ワークチャックテーブル９の近傍にはプロファイルモニタ１１が設けられている。プロファイルモニタ１１は、ＸＹ座標平面内でワークチャックテーブル９と一体に移動するように、テーブルθ軸移動機構８に取り付けられている。また、プロファイルモニタ１１は、ワークチャックテーブル９に基板１０をセットしたときに、この基板１０によって遮蔽されないように、テーブルθ軸移動機構８の外周部に設置されている。

プロファイルモニタ１１は、複数のレーザヘッド１のうち、いずれか１つのレーザヘッド１から出射されたレーザ光を受光することにより、当該レーザ光の照射位置を測定する測定手段を構成するものである。プロファイルモニタ１１は、例えば、当該プロファイルモニタ１１に入射するレーザ光を透過し平行光として出射する前段レンズと、この前段レンズを透過したレーザ光を反射するプリズムと、このプリズムで反射したレーザ光の光強度を低下させるＮＤフィルタと、このＮＤフィルタを透過したレーザ光を集光する後段レンズと、この後段レンズで集光されたレーザ光を受光するＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサとを用いて構成されるものである。プロファイルモニタ１１は、任意のレーザヘッド１から出射されたレーザ光を取り込んでＣＣＤセンサの受光面に投影（入射）させることにより、レーザ光の照射位置を測定する。プロファイルモニタ１１の焦点は、ワークチャックテーブル９に保持される基板１０の上面に一致するように調整されている。ＣＣＤセンサは、上記受光面に複数（多数）の画素をマトリクス状の配列で二次元配置してなり、この画素配列に対応する座標系（以下、「モニタ座標系」と記す）により、レーザ光の照射位置を計測し得る仕組みになっている。ＣＣＤセンサの位置分解能は、例えば１μｍ程度と高くなっている。

上記構成からなるレーザアニール装置を用いてレーザアニール処理を行なう場合は、まず、非晶質シリコン膜が形成された基板１０を、非晶質シリコン膜を上向きにしてワークチャックテーブル９の上に載せ、真空吸着等によりワークチャックテーブル９に基板１０を固定状態に保持する。このとき、必要に応じて、テーブルθ軸移動機構８を駆動して基板１０の微小な傾き（姿勢）を補正する。この傾き補正は、基板１０に設けられた複数のアライメントマークを用いて行なわれる。

次に、テーブルＸ軸移動機構６の駆動により、ワークチャックテーブル９をＸ軸方向に移動させるとともに、この移動中に所定のタイミングで各々のレーザヘッド１からレーザ光を出射することにより、基板１０の上面に形成されている非晶質シリコン膜にレーザ光を照射する。これにより、基板１０上で実際にレーザ光が照射された部分は、非晶質シリコン膜がレーザ光の照射により加熱されて再結晶化し、多結晶シリコン膜に転換される。

その後、テーブルＹ軸移動機構７の駆動により、ワークチャックテーブル９をＹ軸方向に順次ピッチ移動させ、その都度、上記同様にテーブルＸ軸移動機構６の駆動によってワークチャックテーブル９をＸ軸方向に移動させ、各々のレーザヘッド１により基板１０の上面（非晶質シリコン膜）にレーザ光を照射する。これにより、基板１０全体にレーザ光を照射してアニール処理することができる。

図２は本発明の実施形態に係るレーザアニール装置の制御系の構成例を示すブロック図である。図２において、ヘッドＹ軸スケール２０は、ヘッドＹ軸移動機構５のスケール値を出力するものである。Ｘ軸スケール２１は、テーブルＸ軸移動機構６のスケール値を出力するものである。Ｙ軸スケール２２は、テーブルＹ軸移動機構７のスケール値を出力するものである。θ軸スケール２３は、テーブルθ軸移動機構８のスケール値を出力するものである。

入力部２４は、装置の操作者が種々の情報を入力するために用いられるものである。モニタ座標出力部２５は、プロファイルモニタ１１のモニタ座標系における座標値を出力するものである。移動制御部２６は、ヘッドＹ軸移動機構５を用いた各々のレーザヘッド１の移動や、テーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７及びテーブルθ軸移動機構８を用いたワークチャックテーブル９の移動（平行移動、回転移動）を制御するものである。メモリ２７は、必要に応じて種々の情報を記憶するために用いられるものである。

ここで本発明は、上述したマルチヘッドタイプのレーザアニール装置において、各々のレーザヘッド１から出射されたレーザ光の基板１０上での照射位置を、プロファイルモニタ１１を使用してテーブル移動機構６，７，８のスケールによる絶対位置で管理することにより、校正用基板を使用することなく、レーザ光の照射位置を高精度に位置決めするとともに、段取り換え時間の短縮による生産性の向上を図るものである。

レーザ光の照射位置をテーブル移動機構６，７，８のスケールによる絶対位置で管理するためには、ＸＹ座標平面でロファイルモニタ１１の正確な位置・姿勢を把握すればよい。上述したレーザアニール装置のように、テーブルθ軸移動機構８上にワークチャックテーブル９とともにプロファイルモニタ１１を設け、プロファイルモニタ１１がワークチャックテーブル９と一体に移動する構成とした場合は、以下の手順でレーザ光の照射位置を特定して、レーザアニール処理におけるレーザ光照射位置の校正・管理を行なう。

（手順１）
図３は各部の位置関係を示す図である。図３においては、レーザ光の照射位置（×印で示す位置）Ｐａと、プロファイルモニタ１１内部のＣＣＤセンサの受光面の位置（以下、「ＣＣＤ位置」と記す）Ｐｍと、ワークチャックテーブル９の位置と、ワークチャックテーブル９の回転中心の位置Ｐｃとの関係を、ＸＹ座標系で示している。図中のＸＹ座標系は、テーブルＸ軸移動機構６がもつスケールとテーブルＹ軸移動機構７がもつスケールを直交座標系として表現したテーブル移動機構のＸＹ座標系である。各々のレーザヘッド１は校正作業中に移動しないように固定しておく。

まず、図示しないレーザ駆動手段を用いて、複数のレーザヘッド１のうち任意の１つのレーザヘッド１からレーザ光を出射させる。このとき、上記図３に示すようにレーザ光の照射位置ＰａがＣＣＤ位置Ｐｍから外れている場合は、テーブル移動機構６，７，８のうち、テーブルθ軸移動機構８を駆動せずに、テーブルＸ軸移動機構６とテーブルＹ軸移動機構７だけを駆動することにより、プロファイルモニタ１１に取り込まれたレーザ光がＣＣＤセンサの受光面に入射するよう、図４に示すように、レーザ光の照射位置Ｐａに対してＣＣＤ位置Ｐｍを合わせる。この位置合わせは、ＸＹ座標平面内でワークチャックテーブル９を平行移動させることにより行なわれる。テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７によるワークチャックテーブル９の移動量は、入力部２４から入力される移動指令に基づいて移動制御部２６により制御される。

（手順２）
次に、上記（手順１）の位置合わせにより、例えば図５に示すようにＣＣＤセンサの受光面内でＡの位置にレーザ光が入射しているものとして、テーブルＸ軸移動機構６又はテーブルＹ軸移動機構７を駆動したときに、レーザ光の照射位置がＢの位置に変位した場合は、テーブル移動機構のＸＹ座標系とモニタ座標系に、座標軸の傾きが生じていることになる。双方の座標軸に傾きが生じていると、例えば、テーブルＹ軸移動機構７を駆動してプロファイルモニタ１１をＹ軸方向に移動させたときに、移動前のレーザ光の照射位置Ａに対して移動後のレーザ光の照射位置ＢがＸ軸方向に変位してしまう。

そこで、座標軸の傾きを補正するために、例えば、テーブルＹ軸移動機構７を駆動してプロファイルモニタ１１をＹ軸方向に移動させたときに、プロファイルモニタ１１の座標系でレーザ光の照射位置がＸ軸方向に変位しないように、プロファイルモニタ１１のＣＣＤセンサを物理的に回転させて、モニタ座標系の座標軸をテーブル移動機構のＸＹ座標系の座標軸に合わせる。このように座標軸の傾きを補正（調整）することにより、例えば図６に示すようにＣＣＤセンサの受光面内でＡ′の位置にレーザ光が入射している状態で、テーブルＹ軸移動機構７を駆動してプロファイルモニタ１１をＹ方向に移動させた場合、レーザ光の入射位置はモニタ座標系でＸ軸方向に変位することなくＢ′の位置に移動するようになる。

（手順３）
次に、図７に示すように、プロファイルモニタ１１に取り込まれたレーザ光がＣＣＤセンサの受光面に入射している状態で、プロファイルモニタ１１に入射しているレーザ光の任意の一点（例えば、レーザ光のビームスポット画像の重心位置）を基準点に決定し、モニタ座標系でレーザ光の照射位置を示す基準点の座標値(Xp0、Yp0)を移動制御部２６がモニタ座標出力部２５から取り込んでメモリ２７に記録する。また、移動制御部２６は、基準点の座標値(Xp0、Yp0)を決めたときのテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値(X0)とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値(Y0)とテーブルθ軸移動機構８のスケール出力値θtempを、それぞれに対応するＸ軸スケール２１とＹ軸スケール２２とθ軸スケール２３から取り込んで上記座標値(Xp0，Yp0)と一緒にメモリ２７に記録しておく。これにより、移動制御部２６では、テーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値(X0)と、テーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値(Y0)と、テーブルθ軸移動機構８のスケール出力値θtempとによって、ワークチャックテーブル９及びプロファイルモニタ１１の初期位置を規定する。

（手順４）
次に、移動制御部２６は、入力部２４から入力される移動指令に基づいてテーブルθ軸移動機構８を駆動することにより、図８に示すように、ワークチャックテーブル９を＋方向（−方向でも構わない）に１度回転させる。これにより、ＣＣＤセンサの受光面から外れた位置にレーザ光が入射する状態となる。この場合、テーブルθ軸移動機構８の駆動によりワークチャックテーブル９を１度以上回転させても装置構成上問題が無い場合には、回転角度を大きくした方が校正精度を向上させることができる。また、このときの回転角度は正確でなくてもよいが、移動制御部２６は、回転移動前にθ軸スケール２３から取り込んだスケール出力値と、回転移動後にθ軸スケール２３から取り込んだスケール出力値との差を、＋方向への回転移動によるスケール変化量p1としてメモリ２７に記憶しておく。

（手順５）
次に、移動制御部２６は、入力部２４から入力される移動指令に基づいて、テーブルθ軸移動機構８を駆動せずに、テーブルＸ軸移動機構６とテーブルＹ軸移動機構７だけを駆動することにより、レーザ光がＣＣＤセンサの受光面に入射するようにプロファイルモニタ１１の位置を調整する。このとき、レーザアニール装置の設計値と上記（手順４）で採用した回転角度から推測される位置を目標にすれば、レーザ光の照射位置に対してプロファイルモニタ１１のセンサ受光面を容易に位置合わせすることができる。

（手順６）
次に、移動制御部２６は、上記（手順３）で決定したレーザ光の基準点がモニタ座標系で上記の座標値(Xp0、Yp0)で示す位置に一致するように、入力部２４から入力される移動指令に基づいて、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動することにより、プロファイルモニタ１１の位置を微調整する（図９参照）。そして、この微調整後のテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値を、それぞれに対応するＸ軸スケール２１とＹ軸スケール２２から取り込む。

このとき、微調整後のテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値の増分（図９のＡ）の符号を反転させた値は、ワークチャックテーブル９の回転中心の位置Ｐｃを固定した状態でテーブルθ軸移動機構８の駆動によりワークチャックテーブル９を＋方向に１度回転させたときの、プロファイルモニタ１１の（X0、Y0）からの位置変化量（図９のＢ）に相当するものとなる。したがって、（X0、Y0）からテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値の増分を減算すれば、ワークチャックテーブル９の回転中心の位置Ｐｃを固定した状態でテーブルθ軸移動機構８の駆動によりワークチャックテーブル９を＋方向に１度回転させたときのプロファイルモニタ１１の位置（X1、Y1）を求めることができる。このため、移動制御部２６では、上記（手順３）でメモリ２７に記憶したスケール出力値（X0、Y0）から、上記のスケール出力値の増分を減算することにより、上記プロファイルモニタ１１の位置（X1、Y1）を求め、この(X1、Y1)をメモリ２７に記録する。

（手順７）
次に、移動制御部２６は、テーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値と、テーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値と、テーブルθ軸移動機構８のスケール出力値が、それぞれ上記の(X0)、（Y0）、θtempに一致するように、各々のテーブル移動機構６，７，８を駆動することにより、ワークチャックテーブル９及びプロファイルモニタ１１を初期位置（図７を参照）に戻す。

（手順８）
次に、移動制御部２６は、入力部２４から入力される移動指令に基づいてテーブルθ軸移動機構８を駆動することにより、図１０に示すように、ワークチャックテーブル９を−方向（手順４と反対の方向）に１度回転させる。そして、回転移動前にθ軸スケール２３から取り込んだスケール出力値と、回転移動後にθ軸スケール２３から取り込んだスケール出力値との差を、−方向への回転移動によるスケール変化量p2としてメモリ２７に記憶しておく。

（手順９）
次に、移動制御部２６は、上記（手順５）と同様に、入力部２４から入力される移動指令に基づいて、テーブルθ軸移動機構８を駆動せずに、テーブルＸ軸移動機構６とテーブルＹ軸移動機構７だけを駆動することにより、レーザ光がＣＣＤセンサの受光面に入射するようにプロファイルモニタ１１の位置を調整する。このとき、レーザアニール装置の設計値と上記（手順７）で採用した回転角度から推測される位置を目標にすれば、レーザ光の照射位置に対してプロファイルモニタ１１のセンサ受光面を容易に位置合わせすることができる。

（手順１０）
次に、移動制御部２６は、上記（手順６）と同様に、上記（手順３）で決定したレーザ光の基準点がモニタ座標系で上記の座標データ(Xp0、Yp0)で示す位置に一致するように、入力部２４から入力される移動指令に基づいて、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動することにより、プロファイルモニタ１１の位置を微調整する（図１１参照）。そして、この微調整後のテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値を、それぞれに対応するＸ軸スケール２１とＹ軸スケール２２から取り込む。

このとき、微調整後のテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値の増分（図１１のＣ）の符号を反転させた値は、ワークチャックテーブル９の回転中心の位置Ｐｃを固定した状態でテーブルθ軸移動機構８の駆動によりワークチャックテーブル９を−方向に１度回転させたときの、プロファイルモニタ１１の（X0、Y0）からの位置変化量（図１１のＤ）に相当するものとなる。したがって、（X0、Y0）からテーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値とテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値の増分を減算すれば、ワークチャックテーブル９の回転中心の位置Ｐｃを固定した状態でテーブルθ軸移動機構８の駆動によりワークチャックテーブル９を−方向に１度回転させたときのプロファイルモニタ１１の位置（X2、Y2）を求めることができる。このため、移動制御部２６では、上記（手順３）でメモリ２７に記憶したスケール出力値（X0、Y0）から、上記のスケール出力値の増分を減算することにより、上記プロファイルモニタ１１の位置（X2、Y2）を求め、この(X2、Y2)をメモリ２７に記録する。

（手順１１）
次に、移動制御部２６は、上記の（X0、Y0）、（X1、Y1）、（X2、Y2）を通る円の中心座標(Xc、Yc)と半径Ｒを幾何学的な演算によって求めるとともに、Ｘ軸（Ｙ軸でもよい）を基準としたプロファイルモニタ１０のθ軸方向の初期位相θ0を幾何学的な演算によって求める（図１２参照）。ここで求める円の中心座標(Xc、Yc)は、ワークチャックテーブル９の回転中心の位置Ｐｃを、テーブルＸ軸移動機構６のスケールとテーブルＹ軸移動機構７のスケールで表現したものになる。また、ここで求める円の半径Ｒは、ワークチャックテーブル９の回転中心とプロファイルモニタ１１との間の距離を、テーブルＸ軸移動機構６のスケールとテーブルＹ軸移動機構７のスケールで表現したものになる。このとき、（X1、Y1）・円の中心座標・（X0、Y0）が成す角とp1、（X2、Y2）・円の中心座標・（X0、Y0）が成す角とp2を比較することにより、テーブルθ軸移動機構８のスケール出力値の校正を行なうことができる。

（手順１２）
次に、移動制御部２６は、テーブルＸ軸移動機構６のスケール出力値と、テーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値と、テーブルθ軸移動機構８のスケール出力値が、それぞれ上記の(X0)、（Y0）、θtempに一致するように、各々のテーブル移動機構６，７，８を駆動することにより、ワークチャックテーブル９及びプロファイルモニタ１１を初期位置（図７を参照）に戻す。

（手順１３）
次に、移動制御部２６は、プロファイルモニタ１１にレーザ光が入射している状態で、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動してワークチャックテーブル９を平行移動させたときのスケール出力値の変化量と、この移動前後にモニタ座標系でレーザ光の基準点が画素エリア内で移動する移動量（画素数）とを比較することにより、プロファイルモニタ１１内部のＣＣＤセンサの１画素分の変位量と、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値の変化量との相関を求めて変換行列を作成する。

（手順１４）
次に、移動制御部２６は、テーブルＸ軸移動機構６のスケールとテーブルＹ軸移動機構７のスケールでレーザ光の基準点をメモリ２７に記録する。

（手順１５）
次に、移動制御部２６は、上記（手順１１）で求めた円の中心座標(Xc、Yc)、円の半径Ｒ、初期位相θ0と、上記（手順１４）で記録したレーザ光の基準点の位置から、現在のレーザヘッド１から出射されるレーザ光の照射位置を、テーブルＸ軸移動機構６のスケールとテーブルＹ軸移動機構７のスケールで特定する。

（手順１６）
次に、図示しないレーザ駆動手段を用いて、別のレーザヘッド１からレーザ光を出射させるとともに、このレーザ光がプロファイルモニタ１１に入射するように移動制御部２６がテーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動して、テーブル移動機構のＸＹ座標系でレーザ光の基準点をメモリ２７に記録する。これをレーザヘッド１の数だけ繰り返す。

これにより、移動制御部２６においては、テーブル移動機構６，７，８のＸＹ座標平面内で、複数のレーザヘッド１によるレーザ光の照射位置をそれぞれ座標値で特定することができる。このため、移動制御部２６では、各々のレーザヘッド１のレーザ光の照射位置をテーブル移動機構６，７，８のスケールによる絶対位置で管理することができる。その結果、マルチヘッドタイプのレーザアニール装置において、校正用基板を使用することなく、レーザ光の照射位置を高精度に位置決めすることができる。また、マルチヘッドの段取り換えでレーザヘッド間のピッチを変更する場合でも、各々のレーザヘッドの位置をヘッドＹ軸移動機構５のスケール値で指定することができる。このため、段取り換え時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。

これまでは、プロファイルモニタ１１がワークチャックテーブル９と一体に移動する場合について説明したが、例えば、プロファイルモニタ１１がテーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７上にあり、テーブルθ軸移動機構８を駆動してワークチャックテーブル９を回転移動させても、これと一体にプロファイルモニタ１１が移動しない場合は、以下の手順でレーザ光の照射位置を特定して、レーザアニール処理におけるレーザ光照射位置の校正・管理を行なう。

（手順１０１）
ワークチャックテーブル９の位置・姿勢をテーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７、テーブルθ軸移動機構８で使用されているスケールで表現し、ワークチャックテーブル９に固定された座標系と、テーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７、テーブルθ軸移動機構８に固定された座標系の変換行列を作成する。例えば、図示はしないが、校正用のマークをワークチャックテーブル９上に設けて、このマークを外部に設置されたカメラで観察することにより、ワークチャックテーブル９の回転中心を求め、このテーブル回転中心を基準として変換行列を作成する。各々のレーザヘッド１は校正作業中に移動しないように固定しておく。

（手順１０２）
次に、図示しないレーザ駆動手段を用いて、複数のレーザヘッド１のうち任意の１つのレーザヘッド１からレーザ光を出射させるとともに、当該レーザ光がプロファイルモニタ１１に入射するように、移動制御部２６は、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動する。

（手順１０３）
次に、前述した（手順２）と同様に、座標軸の傾きを補正する。

（手順１０４）
次に、上記図７に示すように、プロファイルモニタ１１に取り込まれたレーザ光がＣＣＤセンサの受光面に入射している状態で、プロファイルモニタ１１に入射しているレーザ光の任意の一点（例えば、レーザ光のビームスポット画像の重心位置）を基準点に決定し、モニタ座標系でレーザ光の照射位置を示す基準点の座標値(Xp0、Yp0)を移動制御部２６がモニタ座標出力部２５から取り込んでメモリ２７に記録する。

（手順１０５）
次に、移動制御部２６は、プロファイルモニタ１１にレーザ光が入射している状態で、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動してワークチャックテーブル９を平行移動させたときのスケール出力値の変化量と、この移動前後にモニタ座標系でレーザ光の基準点が画素エリア内で移動する移動量（画素数）とを比較することにより、プロファイルモニタ１１内部のＣＣＤセンサの１画素分の変位量と、テーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７のスケール出力値の変化量との相関を求めて変換行列を作成する。

（手順１０６）
次に、移動制御部２６は、モニタ座標系での基準点の座標値(Xp0、Yp0)を、テーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７の座標系の座標値に変換し、これをレーザ光の基準点としてメモリ２７に記録する。

（手順１０７）
次に、図示しないレーザ駆動手段を用いて、別のレーザヘッド１からレーザ光を出射させるとともに、このレーザ光がプロファイルモニタ１１に入射するように移動制御部２６がテーブルＸ軸移動機構６及びテーブルＹ軸移動機構７を駆動して、テーブル移動機構のＸＹ座標系でレーザ光の基準点をメモリ２７に記録する。これをレーザヘッド１の数だけ繰り返す。

なお、上述のようにプロファイルモニタ１１がテーブルＸ軸移動機構６、テーブルＹ軸移動機構７上にあり、テーブルθ軸移動機構８を駆動してワークチャックテーブル９を回転移動させても、これと一体にプロファイルモニタ１１が移動しない場合は、ワークチャックテーブル９上の校正用マークを用いて求めたテーブルの回転中心と、プロファイルモニタ１１の位置関係が不明であるため別途何らかの手法、例えばプロファイルモニタ１１側から基準となる光を放射して、これを上記（手順１０１）で用いた外部設置カメラで観察することにより導出する必要がある。このため、前述したようにプロファイルモニタ１１がワークチャックテーブル９と一体に移動する構成とした方が好ましい。

また、レーザアニール装置が持つ各軸の移動機構はどのように配置してもよい。例えば、ヘッドＹ軸移動機構５とテーブルＹ軸移動機構７を統合してもよい。また、テーブルＸ軸移動機構６がコラム３に設置されたガントリ型の構成になってもよい。また、上記の構成を組み合わせてワークチャックテーブル９はテーブルθ軸移動機構８しか持たない構成でもよい。

また、上記実施形態においては、プロファイルモニタ１１でレーザ光の強度分布を観測し、この観測結果に基づいてレーザ光のビームスポット画像の重心位置を基準点に決めて、当該基準点の座標値を取り込むものとしたが、これに限らず、例えば、レーザ光のビームスポット形状やビームスポットサイズなどから任意の点を基準点に決めて、当該基準点の座標値を取り込むようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るレーザアニール装置の外観を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るレーザアニール装置の制御系の構成例を示すブロック図である。各部の位置関係を示す図である。プロファイルモニタへのレーザ光入射を示す図である。Ｙ軸方向への移動時のプロファイルモニタ内部のＣＣＤの画像（傾き調整前）を示す図である。Ｙ軸方向への移動時のプロファイルモニタ内部のＣＣＤの画像（傾き調整後）を示す図である。初期位置を示す図である。＋方向回転時を示す図である。＋方向回転後のプロファイルモニタ入射時を示す図である。 −方向回転時を示す図である。 −方向回転後のプロファイルモニタ入射時を示す図である。回転中心の算出を示す図である。

符号の説明

１…レーザヘッド、６…テーブルＸ軸移動機構、７…テーブルＹ軸移動機構、８…テーブルθ軸移動機構、９…ワークチャックテーブル、１０…基板、１１…プロファイルモニタ、２１…Ｘ軸スケール、２２…Ｙ軸スケール、２３…θ軸スケール、２６…移動制御部

Claims

被照射体の表面にレーザ光を照射することにより、前記被照射体にアニール処理を施すレーザアニール装置において、
前記被照射体を保持する保持手段と、
前記被照射体の表面に照射すべきレーザ光を出射する複数のレーザヘッドと、
前記保持手段と前記複数のレーザヘッドとを所定の座標平面で相対的に移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記保持手段の移動位置を検出する検出手段と、
前記レーザヘッドから出射されたレーザ光を受光することにより、当該レーザ光の照射位置を測定する測定手段と、
前記移動手段によって前記保持手段と前記複数のレーザヘッドとを相対的に移動させた際に、前記検出手段から得られる検出結果と前記測定手段から得られる測定結果に基づいて、前記複数のレーザヘッドによるレーザ光の照射位置を前記所定の座標平面で特定する特定手段と
を備えることを特徴とするレーザアニール装置。
前記測定手段は、前記保持手段と一体に移動する状態で設けられている。
ことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
前記移動手段は、前記保持手段を直交二軸方向の一軸方向に平行移動させる第１の移動手段と、前記保持手段を前記直交二軸方向の他軸方向に平行移動させる第２の移動手段と、前記保持手段を前記直交軸二方向に交差する軸を中心に回転移動させる第３の移動手段とを有する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
前記レーザヘッドの光源に半導体レーザを用いた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。