JP2010027982A - 高速連続スキャン結晶化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザースキャン照射で生じるビーム集光密度のばらつきを抑制する装置を提供する。
【解決手段】連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源３と、連続発振レーザー光を基板表面でスキャン照射するレーザー光スキャン照射部６と、連続発振レーザー光発振源３とレーザー光スキャン照射部６との間の光路上に配置され、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部５と、レーザー光スキャン照射部６とビーム集光位置調整部５とを制御する制御部７とを備えた構成とする。制御部７は、レーザー光のスキャン動作とビーム集光位置調整動作とを同期させ、レーザー光スキャン照射部６による基板表面上におけるレーザー光のスキャン位置に対応させてビーム集光位置調整部５のビーム集光位置調整量を制御することによって、ビーム集光位置を基板表面のスキャン位置に位置合わせを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、非晶質もしくは多結晶半導体薄膜に光線を用いて溶融し結晶化させる結晶化技術に関し、特に、連続発振レーザー光を用いたレーザー光アニール結晶化技術に関する。

ガラス基板等の絶縁体上に形成された非結晶半導体層を結晶化させて結晶質半導体層を得、この結晶質半導体層を活性層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）を形成する技術が知られている。

例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置では、シリコン膜等の半導体膜を設けガラス基板上に薄膜トランジスタを形成し、この薄膜トランジスタを切換え表示を行うためのスイッチング素子として用いている。

薄膜トランジスタの形成は、非晶質又は多結晶などの非単結晶半導体薄膜の結晶化工程を含んでいる。この結晶化技術として、例えば、大エネルギーの短パルス・レーザー光を用いて非単結晶半導体薄膜の照射領域を溶融して、結晶化するレーザー結晶化技術が知られている。

レーザー結晶化技術において、照射光としてエキシマレーザー光を用いるものと、連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を用いるものが知られている。

エキシマレーザー光を用いたレーザー結晶化において、位相変調を行うことなく均一な強度分布のレーザー光を非晶質シリコンに照射する手法（ＥＬＡ技術）と、位相変調したエキシマレーザー光を照射して行う結晶化する技術（ＰＭＥＬＡ技術）が知られている。

エキシマレーザー光を用いた結晶化技術（ＥＬＡ）は、パルス照射時間が３０nsec程度と極端に短く、微小領域を瞬間的に１０００℃以上に加熱することができるため、安価なガラス基板に低温ポリシリコン技術として普及している。１パルス当たりのエネルギー密度は０．３Ｊ／cm²程度であるため、９０〜９９％の重ね照射を行う必要がある。重ね照射により処理時間が長くなるため、スループットを向上させるために長尺ビームとする必要がある。そのため、同一条件のもとで基板を全面照射することになる。

エキシマレーザー光を用いた結晶化で得られるｐ−Ｓｉ膜には多数の結晶粒が含まれている。結晶粒が大きくチャンネル内に存在する粒界が少ない場合には移動度は大きく、結晶粒が小さくチャンネル内に存在する粒界が多い場合には移動度は小さくなり、作成されたＴＦＴのトランジスタ特性のばらつきは粒径に依存する。

一方、時間に対して連続的にエネルギーを出力する連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を用いてレーザーアニール結晶化では、エネルギー密度を確保するためにビーム照射面積を小さく絞る必要があるが、照射面積を絞ることによって、結晶化領域の品質を選択的に制御することができる。これによって、ＴＦＴ特性の品質を保持したまま、省エネルギーの結晶化を実現することができる。

また、エキシマパルスレーザー光による結晶化では、移動度が例えば１５０〜３００（cm²／Vs）程度であるのに対して、連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を用いてレーザーアニール結晶化は、移動度が４００〜６００（cm²／Vs）程度を実現でき、高性能のポリシリコンの形成に有利であるとされている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献２には基板の大部分を占める表示部（画素部）には、高速スキャン照射（例えば、２０００mm/sec）による結晶化を行い、ＴＦＴを形成する周辺部には低速スキャン照射（例えば、２００mm/sec）による結晶化を行うことが示されている。

また、位相変調を行うことなく均一な強度分布のレーザー光を非晶質シリコンに照射するＥＬＡ技術では、結晶化用エネルギーとして紫外線領域の光を照射し、観察用の照明用光として可視光領域の光を照射することによって結晶化を光学的に観察する技術が提案されている。

結晶化プロセスの被処理領域を観察する観察系の構成において、観察用照明光源，ビームエキスパンダ，ハーフミラー，環状鏡面系を含む観察用照明光学系と、顕微光学結像系、光検出器および撮像装置を含む顕微観察光学系とを備える構成が知られている。（特許文献３参照）

特開２００５−１６７０８４号公報 特開２００３−１６８６９１号公報 特開２００５−２９４８０１号公報

連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）で基板上を高速連続スキャン照射するには、基板を載置するステージを高速で往復動させる必要がある。例えば、０．１Ｇの平均加速度で加速し、基板上を２０００mm/sの等速でスキャンさせるには、加速領域で約２ｍ分、減速領域で約２ｍ分移動させる必要があり、加減速領域で合計約４ｍの距離を必要とする。

例えば、７３０mm×９２０mmのサイズの液晶用ガラス液晶基板を高速連続スキャン照射する場合には、基板の長さとして約１ｍ加減速領域として約４ｍのステージサイズが必要であり、このステージを設置するステージ定盤は両端でのマージン分を加えると約６ｍのサイズが必要となる。

このように、ステージ駆動によって高速連続スキャン照射を行う場合には、ステージおよびステージ定盤のサイズが大型化、液晶化装置を設置する設置面積も広くなるという問題がある。

連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を基板上で高速連続スキャン照射する手法として、ステージ駆動に代えて、連続発振レーザー光自体を振ることによってスキャン照射を行う手法が知られている。

しかしながら、この連続発振レーザー光を振ることによるスキャン照射では、基板上において照射速度にムラやレーザー光の集光位置が基板表面からずれによるビーム集光密度のばらつきや低下が生じるという課題がある。

図７は、基板上におけるレーザー光照射の速度むらを説明するための図である。図７において、点Ｐの位置でレーザー光を等角速度で振ることによって基板上にレーザー光を照射すると、基板上に照射されたレーザー光の移動速度は等速度とならず、中央部の速度は遅くなり、周辺部側の速度は速くなる。

例えば、図７中において、等角度ｄθに対応する直線上に長さを比較すると、中央に近い部分のＱ１−Ｑ２間の距離dx1に対して、周辺部側のＱ２−Ｑ３間の距離はdx2となってΔx1だけ長くなり、またＱ３−Ｑ４間の距離はdx3となってΔx2だけ長くなる。

このように、基板上においてレーザー光の照射速度にムラが生じると、ビーム集光密度が低下し、均質な結晶化が望めなくなる。

また、図８は、レーザー光の集光位置の基板表面からのずれを説明するための図である。図８において、点Ｐの位置でレーザー光を等角速度で振ることによって基板上にレーザー光を照射すると、照射されたレーザー光の集光位置は必ずしも基板上とならず、集光位置を中央部にあわせると、周辺部側では基板上で集光せず、集光位置は基板の前方位置となり、一方、集光位置を周辺部にあわせると、周辺部側では集光位置は基板の後方位置となる。

例えば、図８中において、中央部Ｓ１において基板表面上に集光位置Ｒ１を合わせると、周辺部Ｓ２では基板表面の手前の位置が集光位置Ｒ２となり、周辺部Ｓ３では基板表面の手前の位置が集光位置Ｒ３となる。

このように、集光位置が基板表面上からずれると、ビーム集光密度が低下し、均質な結晶化が望めなくなる。

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、連続発振レーザー光を用いた結晶化において、レーザー光を振ることによるスキャン照射で生じるビーム集光密度のばらつきや低下を抑制することを目的とする。

本発明の高速連続スキャン結晶化装置は、連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源と、連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光を基板ステージ上に載置された被処理基板の基板表面でスキャン照射するレーザー光スキャン照射部と、連続発振レーザー光発振源とレーザー光スキャン照射部との間の光路上に配置される、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部と、レーザー光スキャン照射部とビーム集光位置調整部とを制御する制御部とを備えた構成とし、制御部は、レーザー光スキャン照射部によるレーザー光のスキャン動作とビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整動作とを同期させ、レーザー光スキャン照射部による基板表面上におけるレーザー光のスキャン位置に対応させてビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整量を制御することによって、ビーム集光位置を基板表面のスキャン位置に位置合わせを行う。

本発明のレーザー光スキャン照射部は、連続発振レーザー光発振源から出力された連続発振レーザー光を入射し反射するガルバノミラーとこのガルバノミラーを少なくともＸ方向で回転させ、反射光をＸ方向に振らせる回転駆動機構とを備える。

レーザー光スキャン照射部は、回転駆動機構の回転角度により、連続発振レーザー光が基板表面上に照射するスキャン位置を定める。また、ビーム集光位置調整部は、回転駆動機構の回転角度と対応して定められたビーム集光位置調整量に基づいてビーム集光位置を調整する。

レーザー光スキャン照射部によるレーザー光のスキャン動作とビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整動作との同期動作において、回転駆動機構の回転角度とビーム集光位置調整量とを対応させることによって、レーザー光の所定照射位置において、基板表面上にレーザー光の集光位置を位置合わせすることができる。

本発明の制御部は、ガルバノミラーの回転速度およびビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整量のスキャン補正データを、回転駆動機構の回転角度位置に対応して備える。制御部は、回転駆動機構の回転角度位置に応じて、スキャン補正データから対応する回転速度とビーム集光位置調整量とを読み出し、読み出した回転速度に基づいて回転駆動機構を駆動させることによって、連続発振レーザー光のビームを基板上で等速移動させ、また、読み出したビーム集光位置調整量に基づいてビーム集光位置調整部を駆動させることによって、連続発振レーザー光のビームを基板表面上に集光させる。

スキャン補正データは、基板上において、連続発振レーザー光のビームを高速でスキャン照射させる領域と、連続発振レーザー光のビームを低速でスキャン照射させる領域との領域データを含み、各領域において、回転速度およびビーム集光位置調整量を記憶する。

また、本発明が備えるビーム集光位置調整部は、連続発振レーザー光発振源とレーザースキャン照射部との間の光路上に配置するリレーレンズと、リレーレンズの光路上の位置を調整する駆動機構とを備える構成とし、駆動機構によってリレーレンズの光路上の位置を調整することにより連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整する。

また、本発明は、連続発振レーザー光発振源とレーザースキャン照射部との間の光路上に光路切替部を備える。この光路切替部は、連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光をレーザースキャン照射部に対して切り替え自在とする。

本発明によれば、連続発振レーザー光を用いた結晶化において、レーザー光を振ることによるスキャン照射で生じるビーム集光密度のばらつきや低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の高速連続スキャン結晶化装置の構成例を説明するための概略図である。

図１において、本発明の高速連続スキャン結晶化装置１は、被処理基板２０を支持する基板ステージ１０と、基板ステージ１０のＺステージ１３上に載置した被処理基板２０に連続発振レーザー光を照射するエネルギー照射機構２を備える。

基板ステージ１０は、被処理基板２０を載置すると共にＺ方向に昇降自在とするＺステージ１３と、このＺステージ１３をＸＹ方向に移動してスキャン動作を行うＸステージ１１およびＹステージ１２を備える。

エネルギー照射機構２は、連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源３と、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光をＺステージ１３上に載置された被処理基板２０上に導いて基板上をスキャン照射させるレーザー光スキャン照射部６と、レーザー光スキャン照射部６の光路上に配置し、レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部５と、ビーム集光位置調整部５およびレーザー光スキャン照射部６を制御する制御部７と、連続発振レーザー光発振源３とビーム集光位置調整部５との間の光路上に設けた光路切替部４を備える。

レーザー光スキャン照射部６は、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光をＺステージ１３上に載置された被処理基板２０上に導き、レーザー光を基板上でスキャン照射させるための光学機構である。レーザー光スキャン照射部６は、集光レンズ６ａとレーザー光を少なくとも一方向にスキャンさせる光学反射機構を備える。光学反射機構は、ガルバノミラーとこのガルバノミラーを軸回転させる回転モータとによって構成することができる。図１に示すレーザー光スキャン照射部６は、レーザー光を被処理基板２０上においてレーザー光をＸ方向にスキャン照射させる光学反射機構として、Ｙ軸方向に回転軸を配置したガルバノミラー６ｂと、このガルバノミラー６ｂを軸回転させるための回転モータ６ｃとを備える。

連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光は、集光レンズ６ａを通過した後にガルバノミラー６ｂで反射され、被処理基板２０の基板表面に照射される。このとき、回転モータ６ｃによってガルバノミラー６ｂをＹ軸上で回転させることによって、レーザー光は、被処理基板２０の基板表面をスキャンする。

また、レーザー光スキャン照射部６は、前記したレーザー光を一方向にスキャンさせる光学反射機構（ガルバノミラー６ｂおよび回転モータ６ｃ）に加えて、レーザー光を他方向にステップ送りする光学反射機構を備える。

この光学反射機構は、例えば、ガルバノミラー６ｄと回転モータ６ｅとによって構成することができる。ガルバノミラー６ｄは、ガルバノミラー６ｂによるスキャン照射方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）にステップ送りを行う。ガルバノミラー６ｂと回転モータ６ｃの光学反射機構によるＸ方向のスキャン照射と、ガルバノミラー６ｄと回転モータ６ｅの光学反射機構によるＹ方向のステップ送りとを繰り返すことによって、レーザー光を被処理基板２０の基板表面上で往復してスキャンさせ、基板全面にレーザー光を照射して結晶化を行う。

ガルバノミラー６ｂとガルバノミラー６ｄとの位置関係は、ガルバノミラー６ｄで反射したレーザー光をガルバノミラー６ｂで反射させて基板方向にスキャン照射する配置とする。

なお、レーザー光の被処理基板２０の基板表面上での往復スキャンは、ガルバノミラー６ｄと回転モータ６ｅの光学反射機構を用いたスキャン動作に限らず、基板ステージ１０のＹステージ１２によって行ってもよく、Ｙステージ１２をＹ方向にステップ送りすることで、ガルバノミラー６ｄと回転モータ６ｅの光学反射機構を同様の動作を行うことができる。

光路切替部４は、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光を、レーザー光スキャン照射部６に導くか否かを切り替える光偏向機構４ａと、連続発振レーザー光を吸収する吸収体４ｂとを備える。

光路切替部４は、光偏向機構４ａの切替動作によって、第１の切替モードでは連続発振レーザー光をレーザー光スキャン照射部６に向けて切り替え、第２の切替モードでは連続発振レーザー光を吸収体４ｂに向けて切り替える。

光路切替部４は、第１の切替モードにおいて、連続発振レーザー光をレーザー光スキャン照射部６に向けて切り替えることによって、連続発振レーザー光による結晶化を行う。一方、光路切替部４は、第２の切替モードにおいて、連続発振レーザー光を吸収体４ｂに向けて切り替えて吸収体４ｂに吸収させ、レーザー光スキャン照射部６への連続発振レーザー光の導入を停止する。これによって、オーバースキャン動作等において結晶化を行わない基板領域への連続発振レーザー光の照射を回避することができる。このとき、吸収体４ｂに向けられた連続発振レーザー光は吸収体４ｂに吸収されて熱等に変換される。光偏向機構４ａは、音響光学素子や反射角度を変更自在とする鏡面を用いることができる。光路切替部４の切替制御は、制御部７によって光偏向機構４ａの動作を制御することで行うことができる。

連続発振レーザー光の基板への照射停止動作を光路切替部４によらずに行うには、連続発振レーザー光発振源３の動作を停止させることで行うことができるが、このように連続発振レーザー光発振源３を駆動する電源をオンオフさせることで連続発振レーザー光の出力を制御すると、連続発振レーザー光の出力レベルが安定するまで時間がかかるため、高速で行うスキャン動作と同期させることが困難であり、また、処理時間も長時間化するという問題がある。光路切替部４によれば、高速で行うスキャン動作と同期させることが容易であり、また、処理時間の長時間化を避けることができる。

ビーム集光位置調整部５は、連続発振レーザー光発振源３とレーザー光スキャン照射部６との間の光路上に配置するリレーレンズ５ａと、光路上においてリレーレンズ５ａの位置を調整する駆動機構５ｂとを備える。駆動機構５ｂはリレーレンズ５ａの光路上の位置を調整し、この位置調整によって、連続発振レーザー光の被処理基板２０に対するビーム集光位置を調整する。ビーム集光位置調整部５の調整制御は、制御部７によって駆動機構５ｂの動作を制御することで行うことができる。

制御部７は、レーザー光スキャン照射部６によるレーザー光のスキャン照射動作と、ビーム集光位置調整部５によるレーザー光の集光位置の調整とを同期して行うと共に、レーザー光スキャン照射部６の回転モータ６ｃの回転速度と、ビーム集光位置調整部５の駆動機構５ｂの位置量とを対応させることによって、基板表面におけるレーザー光の移動速度を等速とすると共に、その等速移動するレーザー光の照射位置において、その照射位置にレーザー光の集光位置を位置合わせすることができる。

制御部７は、回転モータ６ｃの回転速度とビームの集光位置調整量とを、ガルバノミラーの回転角度に対応させるために、ガルバノミラーの回転速度とビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整量のスキャン補正データを、回転モータの回転角度位置に対応して備えておき、回転モータの回転角度位置に応じて、このスキャン補正データから対応する回転速度とビーム集光位置調整量とを読み出し、読み出した回転速度に基づいて回転モータを駆動させることによって、連続発振レーザー光のビームを基板上で等速移動させ、読み出したビーム集光位置調整量に基づいてビーム集光位置調整部を駆動させることによって、連続発振レーザー光のビームを基板表面上に集光させる。

スキャン補正データの回転速度の補正データは、回転モータを回転させ、その回転角度位置と、そのときの基板表面上のビーム位置とをサンプリングして検出し、サンプリング値に基づいて、ビームの基板表面における移動速度が一定となる回転角度位置を算出することで求めることができる。また、スキャン補正データのビーム集光位置調整量は、回転モータを回転させると共に、ビームの集光位置が基板表面となるようにビーム集光位置調整部を制御し、このときの回転角度位置と、そのときのビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整量とをサンプリングして検出して求めることができる。サンプリング値の間の値は、サンプリング値を補間することで求めることができる。

表１は、スキャン補正データの一例である。

このスキャン補正データの例では、ガルバノミラー６ｂの回転角度θxに対して、このガルバノミラー６ｂを回転させる回転モータ６ｃの回転速度ｖと、ビーム集光位置調整部５のビーム集光位置調整量Ｄとを記憶する。なお、回転速度ｖは回転モータ６ｃに供給する駆動信号を記憶させ、ビーム集光位置調整量Ｄは、ビーム集光位置調整部５の駆動機構５ｂに供給する駆動信号を記憶させてもよい。

以下、図２に示すフローチャート、図３に示す制御を説明するための図、図４に示す等速移動を説明するための図、および図５に示す集光位置の調整を説明するための図を用いて、本発明の高速連続スキャン装置の動作例について説明する。

図２に示すフローチャートは、図１に示す構成例による動作例を示している。はじめに、光路切替部４の光偏向機構４ａを吸収体４ｂ側に切り替え、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光を吸収体４ｂで吸収させ、レーザー光スキャン照射部６へのレーザー光の供給を停止しておく(S1)。

レーザー光スキャン照射部６によるレーザー光の照射方向が、被処理基板２０において結晶化を行う照射領域内であるか照射領域外であるかを判定する。レーザー光の照射方向はガルバノミラー６ｂの回転位置で知ることができ、このガルバノミラー６ｂの回転位置は、例えば、ガルバノミラー６ｂの回転軸あるいは回転モータ６ｃの回転軸にエンコーダを取り付けることで検出することができる(S2)。

ガルバノミラー６ｂの回転位置がレーザー光を基板の照射領域内を照射する位置にある場合には、回転モータ６ｃを駆動してガルバノミラー６ｂを回転して、レーザー光が照射領域外となるように調整しておく (S3)。

ガルバノミラー６ｂの回転位置が、レーザー光を基板の照射領域外を照射する位置にある場合には(S2)、レーザー光のＹ方向の照射位置を位置合わせする。このレーザー光のＹ方向の照射位置の位置合わせは、回転モータ６ｅを駆動してガルバノミラー６ｂをステップ送りしたり、あるいはＹステージ１２を駆動して被処理基板２０の基板自体をＹ方向にステップ送りすることで行う。Ｙ方向の照射位置のステップ送りは、制御部７からの制御信号に基づいて行う（S4）。

被処理基板２０のＹ方向の照射位置が終了位置に達するまで、以下のS6-S13の工程を行って、基板全面を結晶化する(S5)。

Ｘ方向のスキャン照射の初期段階において、はじめにガルバノミラー６ｂのＸ方向の角度θxを初期角度θx0に設定する。この初期角度θx0は、レーザー光の照射位置を被処理基板２０の照射領域外とするガルバノミラー６ｂの角度である。これによって、レーザー光を基板表面にスキャン照射する際に、レーザー光の照射開始点が照射領域内となることを避け、レーザー光を基板の照射領域外から処理領域内に向かってスキャンさせることができる（S6）。

回転モータ６ｃを駆動してガルバノミラー６ｂを回転させＸ方向の角度θxを変化させる。この角度θxの変化によって、ガルバノミラー６ｂで反射されたレーザー光が基板上を照射する位置が変化する(S7)。

制御部７は、基板表面へのレーザー光スキャン照射において、被処理基板２０に設定された照射領域内にレーザー光を照射させ、照射領域外にはレーザー光を照射させないように制御する。このレーザー光の基板への照射制御は、光路切替部４によって行う。レーザー光を照射領域内に照射する場合には、光路切替部４の光偏向機構４ａを駆動して、レーザー光スキャン照射部６側の光路に切り替え、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光をレーザー光スキャン照射部６に導く。一方、レーザー光を照射領域外に照射する場合には、光路切替部４の光偏向機構４ａを駆動して、吸収体４ｂの光路に切り替え、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光を吸収体４ｂで吸収させ、レーザー光が基板を照射しないようにする。仮に、レーザー光が基板の照射領域外に照射された場合には、このレーザー光照射によって基板素材の一部が飛散してコンタミネーションの要因となる。

照射領域内か照射領域外かの判定は、例えば、予め定めたおいた照射領域に対応する設定角度と、ガルバノミラー６ｂの角度θxとを比較することで行うことができる。この照射領域を定める設定角度の角度データは、制御部７内の記憶手段に記憶しておくことができる。

前記したガルバノミラー６ｂの角度θxを変化させることによって、レーザー光の照射位置が被処理基板２０に定めた照射位置内に達した場合には（S8）、光路切替部４の光偏向機構４ａを駆動して、レーザー光スキャン照射部６側の光路に切り替え、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光をレーザー光スキャン照射部６に導き、被処理基板２０の基板表面上にレーザー光を照射させる(S9)。

照射領域内においてレーザー光をスキャン照射は、ガルバノミラー６ｂの角度θxを変化させることによって行う。このスキャン照射において、制御部７は、スキャン補正データから角度θxに対応する回転モータ６ｃの回転速度ｖとビーム集光位置調整量Ｄとを読み出し(S10)、読み出したビーム集光位置調整量Ｄに基づいてビーム集光位置調整部５を制御して、レーザー光の集光位置が基板表面上となるように位置合わせし（S11）、読み出した回転速度ｖに基づいて回転モータ６ｃの回転速度を制御して、レーザー光の基板表面上での移動速度が等速となるように制御する(S12)。

図３は、回転速度と集光位置の制御を説明するための図である。図３において、制御部７は、レーザー光のスキャン照射を制御するスキャン制御部７ａ、回転速度と集光位置の補正データを記憶するスキャン補正データ記憶部７ｂと、ガルバノミラーの駆動を制御するガルバノミラー駆動制御部７ｃと、レーザー光の集光位置を位置調整するビーム集光位置制御部７ｄとを備える。

スキャン制御部７ａは、レーザー光のＸ方向の照射角度を定める角度θxを出力する他、Ｙ方向のステップ送り量と出力する。

レーザー光のＸ方向の照射制御は、スキャン補正データ記憶部７ｂから角度θxに対応する回転速度ｖとビーム集光位置調整量Ｄとを読み出し、ガルバノミラー駆動制御部７ｃは回転速度ｖに基づいて回転モータ６ｃの回転速度を制御し、ビーム集光位置制御部７ｄはビーム集光位置調整量Ｄに基づいて駆動機構５ｂを制御する。

回転モータ６ｃの回転速度ｖを制御することによって、レーザー光の基板表面上の移動速度を等速とする。図４は、本発明による等速移動を説明するための図である。表１に示すスキャン補正データには、回転角度θxに対する回転速度ｖが定められている。例えば、回転角度θx1に対して回転速度v1が定められ、回転角度θx2に対して回転速度はv2が定められしている。回転速度を等速とした場合には、基板上の直線速度は中央部分では遅くなり、周辺部分では速くなるため、スキャン補正データには、回転角度θxに対して中央部分の回転速度ｖと周辺部分の回転速度を異ならせて設定し、基板上の直線速度が等速となるように設定する。この設定によれば、中央部分の回転速度ｖは速く、周辺部分の回転速度は遅く設定されることになる。

駆動機構５ｂのビーム集光位置調整量Ｄを制御することによって、レーザー光の集光位置を基板表面上に位置合わせする。図５は、本発明によるビーム集光位置調整を説明するための図である。表１に示すスキャン補正データには、回転角度θxに対するビーム集光位置調整量Ｄが定められている。

例えば、回転角度θx1に対してビーム集光位置調整量Ｄ1が定められ、回転角度θx2に対してビーム集光位置調整量Ｄ1が定められしている。ビーム集光位置の調整を行わない場合には、ビーム集光位置を中央部分と周辺部分の全域に渡って合わせることはできないため、スキャン補正データには、回転角度θxに対して中央部分のビーム集光位置調整量と周辺部分のビーム集光位置調整量とを異ならせて設定し、基板表面上の何れの位置においてもビームが集光するように設定する。

図５（ａ）は、レーザー光のビームが中央部分を照射する場合を示している。このときのビーム集光位置調整は、回転角度θx1に対して設定されたビーム集光位置調整量Ｄ1を用いて行う。また、図５（ｂ）は、レーザー光のビームが周辺部を照射する場合を示している。このときのビーム集光位置調整は、例えば、回転角度θx3に対して設定されたビーム集光位置調整量Ｄ3を用いて行う。この回転角度θx3において、ビーム集光位置調整を回転角度θx1で定めるビーム集光位置調整量Ｄ1で行った場合には集光位置はＲ3の位置となり、基板表面上に集光しない。これに対して、回転角度θx3に対して設定されたビーム集光位置調整量Ｄ3を用いてビーム集光位置調整を行うことによって、集光位置を基板表面上の点Ｓ3とすることができる。

図６は、被処理基板２０に、レーザー光を低速で照射する低速照射領域２１とレーザー光を高速で照射する高速照射領域２２とを設ける例を示している。

液晶基板等では、基板は画素を形成する領域とＴＦＴを形成する領域に区分することができる。画素を形成する領域はレーザー光を高速照射することによって結晶化することができ、ＴＦＴを形成する領域はレーザー光を低速照射することによって結晶化することができる。通常、高速領域は基板の周辺部に設定され、低速領域は基板の中央側に設定される。

本発明のスキャン補正データは、回転速度の補正データを高速領域と低速領域とで区分してそれぞれに設けることができる。

本発明の態様によれば、基板面全域において、均一なエネルギー密度のレーザー光を照射することができ、結晶化の品質を均一化し、ＴＦＴ特性を均一化させることができる。

本発明の態様によれば、基板ステージおよびこの基板ステージを支持する定盤のサイズを小さくすることができ、結晶化装置の設置面積を小さくすることができる。

本発明の態様によれば、連続発振レーザー光を用いることで、エキシマレーザー光を用いたＥＬＡと比較して、ＴＦＴの特性のばらつき低減が期待される。

本発明の高速連続スキャン結晶化装置の構成例を説明するための概略図である。 本発明の高速連続スキャン装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 本発明の高速連続スキャン装置の動作例の制御を説明するための図である。 本発明の高速連続スキャン装置の動作例の等速移動を説明するための図である。 本発明の高速連続スキャン装置の動作例の集光位置の調整を説明するための図である。 高速領域と低速領域を説明するための図である。 基板上におけるレーザー光照射の速度むらを説明するための図である。 レーザー光の集光位置の基板表面からのずれを説明するための図である。

符号の説明

１…高速連続スキャン結晶化装置、２…エネルギー照射機構、３…連続発振レーザー光発振源、４…光路切替部、４ａ…光偏向機構、４ｂ…吸収体、５ …ビーム集光位置調整部、５ａ…リレーレンズ、５ｂ…駆動機構、６…レーザー光スキャン照射部、６ａ…集光レンズ、６ｂ… ガルバノミラー、６ｃ…回転モータ、６ｄ…ガルバノミラー、６ｅ… 回転モータ、７…制御部、７ａ…スキャン制御部、７ｂ…スキャン補正データ記憶部、７ｃ…ガルバノミラー駆動制御部、７ｄ…ビーム集光位置制御部、１０…基板ステージ、１１…Ｘステージ、１２…Ｙステージ、１３…Ｚステージ、２０…被処理基板、２１…低速照射領域、２２…高速照射領域。

Claims (6)

1. 連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源と、
   前記連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光を基板ステージ上に載置された被処理基板の基板表面でスキャン照射するレーザー光スキャン照射部と、
   連続発振レーザー光発振源とレーザー光スキャン照射部との間の光路上に配置される、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部と、
   前記レーザー光スキャン照射部と前記ビーム集光位置調整部とを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記レーザー光スキャン照射部によるレーザー光のスキャン動作と前記ビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整動作とを同期させ、
   前記レーザー光スキャン照射部による基板表面上におけるレーザー光のスキャン位置に対応させて前記ビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整量を制御することによって、ビーム集光位置を基板表面のスキャン位置に位置合わせすることを特徴とする、高速連続スキャン結晶化装置。
2. 前記レーザー光スキャン照射部は、
   連続発振レーザー光発振源から出力された連続発振レーザー光を入射し反射するガルバノミラーと当該ガルバノミラーを少なくともＸ方向で回転させ、前記反射光をＸ方向に振らせる回転駆動機構とを備え、
   前記回転駆動機構の回転角度により、連続発振レーザー光が基板表面上に照射するスキャン位置を定め、
   前記ビーム集光位置調整部は、
   前記回転駆動機構の回転角度と対応して定められたビーム集光位置調整量に基づいてビーム集光位置を調整することを特徴とする、請求項１に記載の高速連続スキャン結晶化装置。
3. 前記制御部は、
   前記ガルバノミラーの回転速度および前記ビーム集光位置調整部のビーム集光位置調整量のスキャン補正データを、回転駆動機構の回転角度位置に対応して備え、
   回転駆動機構の回転角度位置に応じて、前記スキャン補正データから対応する回転速度とビーム集光位置調整量とを読み出し、
   読み出した回転速度に基づいて前記回転駆動機構を駆動させることによって、連続発振レーザー光のビームを基板上で等速移動させ、
   読み出したビーム集光位置調整量に基づいて前記ビーム集光位置調整部を駆動させることによって、連続発振レーザー光のビームを基板表面上に集光させることを特徴とする、請求項２に記載の高速連続スキャン結晶化装置。
4. 前記スキャン補正データは、
   基板上において、連続発振レーザー光のビームを高速でスキャン照射させる領域と、連続発振レーザー光のビームを低速でスキャン照射させる領域との領域データを含み、
   前記各領域において、回転速度およびビーム集光位置調整量を記憶することを特徴とする、請求項３に記載の高速連続スキャン結晶化装置。
5. ビーム集光位置調整部は
   連続発振レーザー光発振源とレーザースキャン照射部との間の光路上に配置するリレーレンズと、前記リレーレンズの光路上の位置を調整する駆動機構とを備え、
   前記駆動機構によって前記リレーレンズの光路上の位置を調整することにより連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整することを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の高速連続スキャン結晶化装置。
6. 連続発振レーザー光発振源とレーザースキャン照射部との間の光路上に光路切替部を備え、当該光路切替部は、前記連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光をレーザースキャン照射部に対して切替自在とすることを特徴とする、請求項１から５の何れか一つに記載の高速連続スキャン結晶化装置。