JP2009078947A - 光照射方法および光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予熱された基板の熱変形に対応して光を照射する。
【解決手段】ステージ（２）をｙ方向に移動することにより、照射スポット（Ｅ）でｙ方向に基板（Ｐ）を走査するのと同時に基板（Ｐ）の被照射領域に沿うように設けたマーク（Ｍ）をセンサ（５）により読み取り、可動ミラー（６）で光ビーム（Ａ）の光軸を振って照射スポット（Ｅ）をｘ方向に移動することにより、マーク（Ｍ）の形状に追従させる。
【効果】ガラス基板に形成した薄膜蛍光体を結晶化することが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は、光照射方法および光照射装置に関し、さらに詳しくは、予熱された基板の熱変形に対応して光を照射することが出来る光照射方法および光照射装置に関する。

従来、基板を予熱してエキシマレーザを照射するエキシマレーザーアニール処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、基板の被照射領域を挟むように設けた位置合わせ用マークによりレーザ光の照射位置を調整するレーザアニール方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平０９−４０４９９号公報（［００１２］） 特開平１０−２０９０６９号公報（［００１９］［００２４］）

例えばエキシマレーザ照射による薄膜蛍光体の結晶化では、薄膜蛍光体が成膜された基板を予熱してからエキシマレーザを照射する必要がある。ところが、例えば基板を５００℃に予熱する場合、基板がソーダライムガラス基板とすると、１００ｍｍ当たり約０．４３ｍｍの熱膨張が発生し、大きな基板（例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）では基板の熱変形が無視できなくなる。
しかし、従来技術では、基板の位置ずれには対応できても、熱変形には対応できない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、予熱された基板の熱変形に対応して光を照射することが出来る光照射方法および光照射装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、基板を所定の温度に加熱した状態で前記基板より小さな面積の照射スポットで前記基板を走査する際、前記基板から熱変形情報を取得し、前記熱変形情報に基づいて照射位置を調整することを特徴とする光照射方法を提供する。
上記第１の観点による光照射方法では、基板に設けたマークを光学的に読み取って基板の熱変形情報を取得する。そして、基板より小さな面積の照射スポットで基板の被照射領域を走査する際、読み取った熱変形情報に基づいて照射位置を調整する。これにより、予熱された基板の熱変形に対応して光を照射することが出来る。従って、基板に光を照射し、例えば基板上の薄膜全面にわたって均一に結晶化させることが可能となり、高品質な結晶化膜の製造を行うことが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による光照射方法において、光ビームの光軸角度を調整することで前記照射位置を調整することを特徴とする光照射方法を提供する。
上記第２の観点による光照射方法では、照射位置の調整のため、基板に対して光ビームを移動するが、この方が光ビームに対して基板を移動するよりも容易に調整精度を高くすることが出来る。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による光照射方法において、前記熱変形情報は、前記基板の被照射領域の辺に沿って設けられた線条または点列を光学的に読み取って取得されることを特徴とする光照射方法を提供する。
上記第３の観点による光照射方法では、被照射領域の熱変形後の形状を線条または点列の形状により検知することが出来る。

第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による光照射方法において、前記基板は、薄膜を形成したガラス基板であり、前記光は、紫外線であることを特徴とする光照射方法を提供する。
上記第４の観点による光照射方法では、光に紫外線を使用したので、基板上の半導体ないし絶縁体からなる材料の薄膜（例えば薄膜蛍光体）に紫外線が吸収されて薄膜を集中的に加熱し、基板を必要以上に加熱することがない。このため、低融点の安価な基板であるガラス基板を使用できるようになる。

第５の観点では、本発明は、基板（Ｐ）を保持して移動可能なステージ（２）と、前記基板（Ｐ）を加熱するための加熱手段（３）と、前記ステージ（２）に保持された前記基板（Ｐ）に照射する光を発生する光発生手段（４）と、前記基板（Ｐ）から光学的に熱変形情報を取得するためのセンサ（５）と、光ビームの光軸角度を調整するためのビーム光軸角度調整手段（６）と、前記加熱手段（３）により前記基板（Ｐ）を所定の温度に加熱した状態で、前記センサ（５）により前記基板（Ｐ）の熱変形情報を取得し、前記熱変形情報に基づいて照射位置を調整しつつ、前記基板（Ｐ）より小さな面積の照射スポット（Ｅ）で前記基板（Ｐ）を走査するために、前記ステージ（２）および前記ビーム光軸角度調整手段（６）を制御する制御手段（７）とを具備したことを特徴とする光照射装置（１００）を提供する。
上記第５の観点による光照射装置（１００）では、基板（Ｐ）に設けたマーク（Ｍ）をセンサ（５）で光学的に読み取って基板（Ｐ）の熱変形情報を取得する。そして、基板（Ｐ）より小さな面積の照射スポット（Ｅ）で基板（Ｐ）の被照射領域（Ｌ）を走査する際、読み取った熱変形情報に基づいて照射位置を調整する。これにより、予熱された基板（Ｐ）の熱変形に対応して光を照射することが出来る。また、照射位置の調整のため、基板（Ｐ）に対して光ビームを移動するが、この方が光ビームに対して基板（Ｐ）を移動するよりも容易に調整精度を高くすることが出来る。

第６の観点では、本発明は、前記第５の観点による光照射装置において、前記熱変形情報は、前記基板の被照射領域の辺に沿って設けられた線条または点列を前記センサ（５）で光学的に読み取って取得されることを特徴とする光照射装置を提供する。
上記第６の観点による光照射装置では、被照射領域の熱変形後の形状を線条または点列の形状により検知することが出来る。

第７の観点では、本発明は、前記第５または第６の観点による光照射装置において、前記基板は、薄膜を形成したガラス基板であり、前記光発生手段は、エキシマレーザ装置であることを特徴とする光照射装置を提供する。
上記第７の観点による光照射装置では、パルス発振する紫外光のエキシマレーザを使用するため、短時間の紫外線のパルスが当った瞬間のみ、薄膜（例えば薄膜蛍光体）を高温にすることが出来る。これにより、基板を必要以上に加熱することなく、薄膜をより高温に加熱して薄膜材料を結晶化することが出来る。そして、基板を必要以上に加熱しないので、低融点の安価な基板であるガラス基板を使用できるようになる。

本発明の光照射方法および光照射装置によれば、予熱された基板の熱変形に対応して光を照射することが出来る。従って、例えば基板を予熱しながら光を照射しなければ結晶化しないような、２元素以上の多元素からなる複雑な化合物の合成や結晶化を適正に行うことが可能になる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る光照射装置１００の構成説明図である。
この光照射装置１００は、外気と遮断された密閉空間である照射室１と、照射室１の内部で基板Ｐを保持してｘ方向・ｙ方向に移動可能で且つθ方向に回転可能なステージ２と、基板Ｐを予熱するための加熱器３と、光ビームＡを出射する光発生器４と、基板Ｐに設けられたマークＭを光学的に読み取るセンサ５と、光エネルギーを適正なレベルに減衰するアッテネータ８ａと、光ビームＡの光軸角度を調整するための可動ミラー６と、光ビームＡの形態を照射に適した照射スポットＥの形態に整形するための光学系８ｂと、光ビームＡを照射室１の透明窓１ａから照射室１内へと導く最終ミラー８ｃと、透明窓１ａを通してマークＭをセンサ５により読み取って基板Ｐの熱変形情報を取得し、その熱変形情報に基づいて照射スポットＥによる照射位置を調整しつつ、基板Ｐを走査するために、ステージ２および可動ミラー６を制御する制御装置７とを具備している。

ステージ２は、真空チャック機構を備えて基板Ｐを保持している。

加熱器３は、例えばランプであり、基板Ｐを例えば５００℃に予熱する。

光発生器４は、波長３０８ｎｍの光を出射するＸｅＣｌエキシマレーザ発振器である。この他に、固体レーザであるＹＡＧレーザの基本波である波長１０６４ｎｍの光を出射するレーザ発振器や、２倍波の波長５３２ｎｍの光を出射するレーザ発振器や、３倍波の波長３５５ｎｍの光を出射するレーザ発振器などを使用してもよいし、レーザ光以外の光を発生する光発生器を使用してもよい。

センサ５は、例えばＣＣＤカメラである。

可動ミラー６は、モータなどのアクチュエータによりｘｙ面内で回動し、角度φを変えうるものである。

制御装置７は、例えばマイクロコンピュータである。

光学系８ｂは、光エネルギーの空間分布を均質化するホモジナイザー群や、０．４ｍｍ×２００ｍｍのライン状の照射スポットＥに整形するレンズ群を含んでいる。

基板Ｐは、例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍのソーダライムガラス基板上に薄膜蛍光体を積層したものである。

図２は、室温（２５℃）での基板Ｐを示す平面図である。
室温（２５℃）で熱変形していない基板Ｐ上に計画された被照射領域Ｌの長辺に沿って、線条のマークＭが例えばエッチングにより設けられている。

図３に示すように、ステージ２をｙ方向に移動することにより、照射スポットＥでｙ方向に基板Ｐを走査する。同時に、可動ミラー６で光ビームＡの光軸を振って照射スポットＥをｘ方向に移動することにより、マークＭの形状に追従させる。

図４は、１回の走査により、計画の約１／３の被照射領域Ｑ１に光照射を行った直後の状態を示す概念図である。
図５は、各回の被照射領域Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の端部をオーバーラップさせながら３回の走査により計画の被照射領域Ｌの全面に光照射を行った直後の状態を示す概念図である。

図６は、室温（２５℃）に戻った基板Ｐを示す平面図である。
計画された被照射領域Ｌ（図２参照）に正しく光照射が行われている。

実施例１の光照射装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）予熱された基板Ｐの熱変形に対応して光を照射することが出来る。
（２）照射位置の調整のため、照射スポットＥをｘ方向に移動するので、ステージ２で基板Ｐをｘ方向に移動するよりも容易に調整精度を高くすることが出来る。
（３）ガラス基板に形成した薄膜蛍光体を結晶化することが出来る。
（４）各回の被照射領域Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の端部をオーバーラップさせるとき、熱変形に起因してオーバーラップ量に過不足が生じると、均一な結晶化が出来ない。しかし、熱変形に対応して照射位置を調整するため、オーバーラップ量に過不足が生じず、均一に結晶化できる。

比較例

図７に示すように、位置合わせ用マークｍにより光スポットＥの初期位置だけを調整し、予熱による基板Ｐの熱変形を考慮せずに走査を行うと、図８に示すように、基板Ｐの温度が室温（２５℃）に戻った状態では、計画された被照射領域Ｌ（図２参照）に正しく光照射が行われていない結果になってしまう。

図９に示すように、計画された被照射領域Ｌの辺に沿った点列をマークＭとしてもよい。
また、基板上の成膜部分と非成膜部分の境界線をマークとして利用してもよい。この場合は、わざわざマークを設ける必要がなくなる。

本発明は、例えばガラス基板に形成した薄膜蛍光体を結晶化するのに利用することが出来る。

実施例１に係る光照射装置を示す構成説明図である。 実施例１に係る、室温における基板とマークと計画された被照射領域を示す平面図である。 熱変形に対応した位置調整を行いながら照射スポットで基板を走査する状況の説明図である。 熱変形を考慮した１回の光照射走査を行った直後の基板の状態を示す概念図である。 熱変形を考慮した３回の光照射走査を行った直後の基板の状態を示す概念図である。 熱変形を考慮した光照射完了後、室温に戻った基板の状態を示す概念図である。 熱変形を考慮せずに３回の光照射走査を行った直後の基板の状態を示す概念図である。 熱変形を考慮しない光照射完了後、室温に戻った基板の状態を示す概念図である。 実施例２に係る、室温における基板とマークと計画された被照射領域を示す平面図である。

符号の説明

１ 照射室
１ａ 透明窓
２ ステージ
３ 加熱器
４ 光発生器
５ センサ
６ 可動ミラー
７ 制御装置
１００ 光照射装置
Ｌ 被照射領域
Ｍ マーク
Ｐ 基板

Claims (7)

1. 基板を所定の温度に加熱した状態で前記基板より小さな面積の照射スポットで前記基板を走査する際、前記基板から熱変形情報を取得し、前記熱変形情報に基づいて照射位置を調整することを特徴とする光照射方法。
2. 請求項１に記載の光照射方法において、光ビームの光軸角度を調整することで前記照射位置を調整することを特徴とする光照射方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の光照射方法において、前記熱変形情報は、前記基板の被照射領域の辺に沿って設けられた線条または点列を光学的に読み取って取得されることを特徴とする光照射方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光照射方法において、前記基板は、薄膜を形成したガラス基板であり、前記光は、紫外線であることを特徴とする光照射方法。
5. 基板（Ｐ）を保持して移動可能なステージ（２）と、前記基板（Ｐ）を加熱するための加熱手段（３）と、前記ステージ（２）に保持された前記基板（Ｐ）に照射する光を発生する光発生手段（４）と、前記基板（Ｐ）から熱変形情報を光学的に取得するためのセンサ（５）と、光ビームの光軸角度を調整するためのビーム光軸角度調整手段（６）と、前記加熱手段（３）により前記基板（Ｐ）を所定の温度に加熱した状態で、前記センサ（５）により前記基板（Ｐ）の熱変形情報を取得し、前記熱変形情報に基づいて照射位置を調整しつつ、前記基板（Ｐ）より小さな面積の照射スポット（Ｅ）で前記基板（Ｐ）を走査するために、前記ステージ（２）および前記ビーム光軸角度調整手段（６）を制御する制御手段（７）とを具備したことを特徴とする光照射装置（１００）。
6. 請求項５に記載の光照射装置において、前記熱変形情報は、前記基板の被照射領域の辺に沿って設けられた線条または点列を前記センサ（５）で光学的に読み取って取得されることを特徴とする光照射装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の光照射装置において、前記基板は、薄膜を形成したガラス基板であり、前記光発生手段は、エキシマレーザ装置であることを特徴とする光照射装置。

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