JP3950869B2 - レーザ照射装置及びレーザ照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ照射装置及びレーザ照射方法に関し、特に基板の表面にパルスレーザ光を繰り返し入射させながら、パルスレーザ光の光軸及び基板の一方を他方に対して移動させるレーザ照射装置及びレーザ照射方法に関する。

表面がアモルファスシリコンによって構成された基板にパルスレーザ光を入射させ、パルスレーザ光が入射した位置のアモルファスシリコンを多結晶化するアニール技術が知られている（特許文献１参照）。また、表面が有機材料膜によって構成された基板にパルスレーザ光を入射させ、パルスレーザ光が入射した位置の有機材料膜をアブレーションにより除去する技術が知られている（特許文献２参照）。

これらの技術では、基板の表面にパルスレーザ光を繰り返し入射させながら、パルスレーザ光の光軸に対して基板を移動させる。これにより、基板の表面上でパルスレーザ光のビームスポットの位置を移動させることができる。こうして基板表面のアニールすべき領域を全域にわたってアニールする。また、基板表面のアブレーションさせるべき領域を全域にわたってアブレーションさせる。

特開平５−０９０１９１号公報 特開２００２−２４８５８９号公報

パルスレーザ光を繰り返し入射させる過程で基板が熱膨張し、これに伴なって基板表面の領域も拡大する。そのため、基板の熱膨張を考慮せずにビームスポットを移動させたのでは、アニールすべき領域を全域にわたってアニールすることができない場合がある。また、アブレーションさせるべき領域を全域にわたってアブレーションさせることができない場合がある。このような場合、アニールや除去加工の加工品質が低下する。

本発明の目的は、基板の熱膨張等に起因して、アニールや除去加工等の加工品質が低下してしまうことを防止することのできる技術を提供することにある。

本発明の一観点によれば、
基板を、その表面に平行な方向の熱膨張を許容した状態で保持する保持台と、
前記保持台によって保持された基板の表面に入射するパルスレーザ光を繰り返し出射するパルスレーザ光出射装置と、
前記パルスレーザ光出射装置から出射されるパルスレーザ光の入射位置が、前記保持台によって保持された基板の表面上で、１パルス毎又は複数パルス毎に移動するように、前記パルスレーザ光の光軸及び前記保持台の一方を他方に対して移動させる移動機構と
を備えたレーザ照射装置において、
前記保持台に対して固定的に設けられており、前記基板の表面に平行な方向に関し、前記保持台によって保持された基板の端面の位置の、該保持台に対する変位量を測定するレーザ変位計と、
前記保持台に保持された基板に、前記パルスレーザ光出射装置から出射されたパルスレーザビームを照射している途中に、前記レーザ変位計の測定結果に基づいて、前記パルスレーザ光出射装置による前記パルスレーザ光の出射のタイミング、及び１パルス毎又は複数パルス毎に行われる前記移動機構による移動の量の少なくともいずれか一方を随時更新する制御装置と
を備えたレーザ照射装置が提供される。

保持台に対する基板の端面の位置の変位量に基づいて、パルスレーザ光出射装置によるパルスレーザ光の出射のタイミング、及び１パルス毎又は複数パルス毎に行われる移動機構による移動の量の少なくともいずれか一方を随時制御することにより、パルスレーザ光の入射による基板の熱膨張等に起因してアニールや除去加工等の加工品質が低下してしまうことを防止できる。

図３を参照して、まず比較例によるアニール方法について説明する。図３は、アニール処理の対象となる基板Ｗの平面図である。基板Ｗは、ガラス基板の上にアモルファスシリコン膜を形成したものである。アモルファスシリコン膜が、基板Ｗの表面を構成している。基板Ｗの表面にパルスレーザ光を入射させ、パルスレーザ光が入射した領域のアモルファスシリコン膜を多結晶化させる。

平面視において基板Ｗは長方形であり、その一辺に平行な方向をＸ方向とし、その辺と隣り合う辺に平行な方向をＹ方向とするＸＹ直交座標系を考える。図３の右から左に向う方向をＸ軸の正方向とし、下から上に向う方向をＹ軸の正方向とする。パルスレーザ光のビームスポットＳが、基板Ｗ表面におけるＸ方向一端部の第１の位置Ｐ_１からＸ軸の正方向に他端部の第２の位置Ｐ_２まで移動し、次にＹ軸の正方向に第２の位置Ｐ_２から第３の位置Ｐ_３まで移動し、次にＸ軸の負方向に第３の位置Ｐ_３からＸ方向一端部の第４の位置Ｐ_４まで移動するように、基板Ｗをパルスレーザ光の光軸に対して移動させる。

基板Ｗの表面上でビームスポットＳは正方形又は長方形状をなしており、そのサイズはパルス間で一定である。従って、ビームスポットＳをＸ方向に移動させる際は、パルス間での基板Ｗの移動量をビームスポットＳのＸ方向の長さと同一の値とし、ビームスポットＳをＹ方向に移動させる際は、パルス間での基板Ｗの移動量をビームスポットＳのＹ方向の長さと同一の値とすれば、ビームスポットＳを前回のショットのパルスレーザ光によってアニールされた領域と接するように移動させることができ、その結果、第１の位置Ｐ_１から第４の位置Ｐ_４までのビームスポットＳの移動経路を隙間無くアニールすることができるようにもみえる。

ところが、ビームスポットＳを上述のようにして移動させる間に基板Ｗが熱膨張する。そのため、基板Ｗの熱膨張を考慮せずにビームスポットを移動させた場合、基板Ｗ表面を隙間無くアニールすることができない場合がある。即ち、基板Ｗが熱変形しないという仮定の下では、パルス間での基板Ｗの移動量が固定的であっても、アニールすべき領域に隙間無くビームスポットを配置することはできる。しかし、ビームスポットＳを移動させる途中で基板Ｗが熱膨張する場合、パルス間での基板Ｗの移動量を固定したのでは、基板Ｗ表面を隙間無くアニールすることができない場合がある。

図４(Ａ)に、パルスレーザ光によってアニールされた領域と、本来アニールすべき領域との間にＸ方向に隙間が生じている様子を示す。破線で示す輪郭Ｗ_１は、図３の第１の位置Ｐ_１にパルスレーザ光を入射させた時点（以下、第１の時点という。）における基板Ｗの端面の位置を示す。一方、実線で示す輪郭Ｗ_２は、図３の第４の位置Ｐ_４にパルスレーザ光を入射させた時点（以下、第２の時点という。）における基板Ｗの端面の位置を示す。図３の第１の位置Ｐ_１から第４の位置Ｐ_４までビームスポットＳを移動させる間に基板Ｗが熱膨張したことにより、基板Ｗの端面のＸ方向の位置が移動している。

また、破線で示す位置Ａ_１は、図３の第１の位置Ｐ_１に入射させたパルスレーザ光によりアニールされた領域の第１の時点における位置を示す。実線で示す位置Ａ_２は、そのアニールされた領域の第２の時点おける位置を示す。基板Ｗの熱膨張に伴い、アニールされた領域の位置も移動している。

このように、図３の第１の位置Ｐ_１から第４の位置Ｐ_４までビームスポットＳを移動させる間に基板Ｗが熱膨張するため、基板Ｗの熱膨張を考慮せずに第１の時点における基板Ｗ表面上の第４の位置Ｐ_４に相当する位置Ｂにパルスレーザ光を入射させたのでは、そのパルスレーザ光によってアニールされた領域と、本来アニールすべき領域との間に、Ｘ方向にΔＸの隙間が生じてしまう。

図４(Ｂ)に、パルスレーザ光によってアニールされた領域と、本来アニールすべき領域との間にＹ方向に隙間が生じている様子を示す。破線で示す輪郭Ｗ_３は、図３の第１の位置Ｐ_１にパルスレーザ光を入射させた時点（第１の時点）における基板Ｗの端面の位置を示す。実線で示す輪郭Ｗ_４は、図３の第５の位置Ｐ_５にパルスレーザ光を入射させた時点（以下、第３の時点という。）における基板Ｗの端面の位置を示す。図３の第１の位置Ｐ_１から第５の位置Ｐ_５までビームスポットＳを移動させる間に基板Ｗが熱膨張したことにより、基板Ｗの端面のＹ方向の位置が移動している。

このため、基板Ｗの熱膨張を考慮せずに第１の時点における基板Ｗ表面上の第５の位置Ｐ_５に相当する位置Ｃにパルスレーザ光を入射させたのでは、そのパルスレーザ光によってアニールされた領域と、本来アニールすべき領域との間に、Ｙ方向にΔＹの隙間が生じてしまう。

ΔＸ及びΔＹは、０．１μｍ以下であれば許容されるが、それを超えるとアニールの加工品質が低下する。なお、基板Ｗのサイズが７３０ｍｍ×９２０ｍｍで、ビームスポットのサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍである場合には、ΔＸ及びΔＹは約１μｍ程度になる。また、ΔＸ及びΔＹの値は、基板Ｗのサイズが大きい程、大きな値になると考えられる。そこで、近年の基板サイズの大型化に伴なってΔＸ及びΔＹの値を低減することのできる技術が望まれる。これについて以下に説明する。

図１に、実施例によるアニール装置の概略図を示す。基板Ｗが、アニール処理の対象物である。基板Ｗは、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜が形成された構造を有する。アモルファスシリコン膜が、基板Ｗの表面を構成している。基板Ｗの表面にパルスレーザ光Ｌを入射させ、パルスレーザ光Ｌが入射した領域のアモルファスシリコン膜を多結晶化させる。

保持台１が、基板Ｗを保持している。保持台１は、真空チャックによって構成されている。即ち、保持台１には保持面１ａが画定されていて、その保持面１ａには、真空ポンプに通じる吸引路の一端が複数開口している。その吸引路が真空ポンプによって真空引きされることにより、基板Ｗが保持面１ａに吸着される。保持面１ａには、基板Ｗの面内方向の位置を規制する位置規制部材が設けられていない。従って、基板Ｗが保持面１ａとの摩擦力等に抗して面内の全方向に熱膨張することが許容されている。

変位計２が、保持台１に対して固定的に設けられている。変位計２は、保持台１によって保持された基板Ｗの端面の位置の、保持面１ａに対する変位量を測定する。即ち、基板Ｗが熱膨張した場合、基板Ｗの端面の位置が保持面１ａに対して変位する。その変位量を変位計２が測定する。変位計２の測定結果ｄ_１は、コントローラ６に送出される。なお、変位計２は、例えばレーザ変位計によって構成されている。

パルスレーザ光出射装置３が、外部からパルス信号Ｔｒを与えられる毎に、そのパルス信号Ｔｒをトリガとして基板Ｗの表面に入射するパルスレーザ光Ｌを出射する。パルスレーザ光出射装置３から出射されるパルスレーザ光Ｌの光軸の空間的位置は固定である。なお、パルスレーザ光出射装置３はエキシマレーザ発振器を含んで構成されており、パルスレーザ光Ｌはそのエキシマレーザ発振器から出射される紫外レーザ光である。

移動機構４が、コントローラ６から与えられる動作指令Ｓ_１に従って、保持台１をパルスレーザ光Ｌの光軸に対して、保持面１ａに平行な方向に移動させる。なお、移動機構４は、保持台１の移動量の最小分解能が０．０１μｍ程度の精密移動機構によって構成されている。また、移動機構４は、保持台１を移動させる過程で、保持台１の位置に関する位置データｄ_２をトリガ発生装置５及びコントローラ６に送出する。

トリガ発生装置５が、移動機構４によって出力された位置データｄ_２を観測し、位置データｄ_２に基づいて、保持台１が目標移動ピッチだけ移動したか否かを判定する。この判定の基準となる目標移動ピッチの値は、コントローラ６から与えられる目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２によって与えられる。トリガ発生装置５は、保持台１が目標移動ピッチ移動したと判定する毎に、パルスレーザ光出射装置３にパルス信号Ｔｒを与える。

コントローラ６が、トリガ発生装置５に予め目標移動ピッチの初期値を設定する目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２を与える。また、コントローラ６は、既にトリガ発生装置５に設定した目標移動ピッチの値を、変位計２の測定結果ｄ_１に基づいて補正し、補正して得られた目標移動ピッチの補正値を設定させる目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２をトリガ発生装置５に与える。トリガ発生装置５は、目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２が与えられる毎に、その目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２が示す補正値でもって既に設定されていた目標移動ピッチの値を更新する。

図２に、保持台１によって保持された基板Ｗの平面図を示す。基板Ｗの一辺に平行な方向（図２の左右方向）をＸ方向とし、その辺と隣り合う辺に平行な方向（図２の上下方向）をＹ方向とするＸＹ直交座標系を考える。基板Ｗの四方を取り囲むように、第１〜第５の左側ＸセンサＳＡＸ_１〜ＳＡＸ_５、第１〜第５の右側ＸセンサＳＢＸ_１〜ＳＢＸ_５、第１〜第５の下側ＹセンサＳＡＹ_１〜ＳＡＹ_５、及び第１〜第５の上側ＹセンサＳＢＹ_１〜ＳＢＹ_５が配置されている。これらセンサの各々は保持台１に固定されており、これらのセンサ群によって図１に模式的に示した変位計２が構成されている。

第１〜第５の左側ＸセンサＳＡＸ_１〜ＳＡＸ_５は、Ｘ方向に関して基板Ｗの一方の端面（図２の左側の端面）と対向する位置においてＹ方向に配列されており、第１〜第５の右側ＸセンサＳＢＸ_１〜ＳＢＸ_５は、他方の端面（図２の右側の端面）と対向する位置においてＹ方向に配列されている。これら左側及び右側Ｘセンサの各々が、基板Ｗの熱膨張が無視できる時点における基板Ｗの端面の位置を基準とし、基準位置からの端面のＸ方向の変位量を測定し、測定結果を図１のコントローラ６に送出する。１つの左側ＸセンサＳＡＸ_ｉ（ｉは１〜５までの自然数とする。）と、対応する１つの右側ＸセンサＳＢＸ_ｉとが、基板Ｗを挟んでＸ方向に向かい合うように配置されている。

第１〜第５の下側ＹセンサＳＡＹ_１〜ＳＡＹ_５は、Ｙ方向に関して基板の一方の端面（図２の下側の端面）と対向する位置においてＸ方向に配列されており、第１〜第５の上側ＹセンサＳＢＹ_１〜ＳＢＹ_５は、他方の端面（図２の上側の端面）と対向する位置においてＸ方向に配列されている。これら下側及び上側Ｙセンサの各々が、基板Ｗの熱膨張が無視できる時点における基板Ｗの端面の位置を基準とし、基準位置からの端面のＹ方向の変位量を測定し、測定結果を図１のコントローラ６に送出する。１つの下側ＹセンサＳＡＹ_ｉ（ｉは１〜５までの自然数とする。）と、対応する１つの上側ＹセンサＳＢＹ_ｉとが基板Ｗを挟んでＹ方向に向かい合うように配置されている。

基板Ｗのサイズは、平面視において９２０ｍｍ×７３０ｍｍである。なお、基板Ｗの厚さは０．７ｍｍである。基板Ｗの表面におけるビームスポットＳのサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍである。なお、図２では説明のために、基板Ｗのサイズに対するビームスポットＳのサイズ等を実際とは異ならせて示している。

以下、図２を参照しながら、図１に示したアニール装置の動作を説明する。まず、コントローラ６が、トリガ発生装置５に目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２を与え、目標移動ピッチの初期値を設定する。目標移動ピッチには、Ｘ方向に関する目標移動ピッチ（以下、Ｘ目標移動ピッチという。）と、Ｙ方向に関する目標移動ピッチ（以下、Ｙ目標移動ピッチという。）とがある。ここで、Ｘ方向に関する目標移動ピッチの初期値は、ビームスポットＳのＸ方向の長さ（１０ｍｍ）と同一の値であり、Ｙ方向に関する目標移動ピッチの初期値は、ビームスポットＳのＹ方向の長さ（１０ｍｍ）と同一の値である。

次に、コントローラ６は、図１の移動機構４に動作指令Ｓ_１を与え、保持台１の移動を開始させる。保持台１は、まずＸ軸の負方向に移動する。保持台１がＸ軸の負方向に、Ｘ目標移動ピッチ移動する毎に、図１のトリガ発生装置５がパルスレーザ光出射装置３にパルス信号Ｔｒを与える。パルスレーザ光出射装置３は、パルス信号Ｔｒを与えられる毎にパルスレーザ光を出射する。こうして、基板Ｗの表面上でパルスレーザ光のビームスポットＳが、第１の位置Ｐ_１から第２の位置Ｐ_２に向って移動する。

パルスレーザ光の出射を開始した直後は基板Ｗの熱膨張量は無視できる程小さい。従って、Ｘ目標移動ピッチの初期値をビームスポットＳのＸ方向の長さと同一の値に設定した場合、ビームスポットＳが、前回のショットのパルスレーザ光によってアニールされた領域と接するように、第１の位置Ｐ_１から第２の位置Ｐ_２に向って移動する。但し、ビームスポットＳの位置が、第１の位置Ｐ_１と第２の位置Ｐ_２との中間位置Ｐ_１ａに達したあたりから基板Ｗの熱膨張量が無視できなくなってくる。

そこで、コントローラ６は、ビームスポットＳの位置が中間位置Ｐ_１ａに達した時に、Ｘ目標移動ピッチを更新する処理を行う。まず、基板Ｗの熱膨張に起因する中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの距離の増加量を推定する。この増加量は、Ｙ方向の位置が中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までのビームスポットＳの移動経路のＹ方向の位置に最も近く、かつビームスポットＳの移動先である第２の位置Ｐ_２側の端面に対向して配置された第４の左側ＸセンサＳＡＸ_４の測定結果によって推定される。

例えば、第４の左側ＸセンサＳＡＸ_４の測定結果が＋２μｍであったとする。これは、基板Ｗの端面が、Ｘ軸の正方向に２μｍ変位したことを意味する。この場合、コントローラ６は、第４の左側ＸセンサＳＡＸ_４の測定結果に基づいて、中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの距離の増加量が２μｍであるとする。

中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの距離が２μｍ増加しているとすれば、基板上において実際にアニールした領域と、本来アニールすべき領域との間に最大２μｍ幅の隙間が生じてしまう可能性がある。２μｍという値は、許容値（０．１μｍ）を超えているため、アニール処理の加工品質の低下を招く可能性がある。このため、２μｍ幅の隙間が生じてしまうことを防止する措置をとる。但し、２μｍという値は、ビームスポットＳのＸ方向の長さ（１０ｍｍ）に比べると極めて小さいため、Ｘ方向に関するビームスポットＳの配置数によってこの誤差を補正することは困難である。そこで、本実施例では、パルスレーザ光Ｌのパルス間における保持台１の移動量によって２μｍの誤差を補正する。以下、具体的に説明する。

即ち、コントローラ６は、中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの距離の増加量をΔＸとし、基板Ｗの熱膨張を考慮しない場合の中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの距離をＬＸとし、Ｘ目標移動ピッチの初期値をＤＸ１としたとき、ＤＸ２＝ＤＸ１＋（ΔＸ／ＬＸ）×ＤＸ１で定義される補正値ＤＸ２を算出する。なお、移動機構４の最小移動分解能等を考慮し、ミリメートル単位で表した場合にＤＸ２の値の小数点第６位以下の値を切り捨てるか又は四捨五入する。いまの場合、ΔＸ＝２μｍ、ＬＸ＝４６０ｍｍ、ＤＸ１＝１０ｍｍであるから、１０ｍｍ＋（２μｍ／４６０ｍｍ）×１０ｍｍで定義される補正値ＤＸ２は、１０．００００４ｍｍとなる。

次に、コントローラ６は、求めた補正値ＤＸ２をトリガ発生装置５に設定するべく、トリガ発生装置５に目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２を与える。これにより、トリガ発生装置５においてＸ目標移動ピッチが１０ｍｍから１０．００００４ｍｍに更新される。移動機構４による保持台１の移動量の最小分解能が０．０１μｍであるため、このようなＸ目標移動ピッチの更新は可能である。なお、このＸ目標移動ピッチの更新により、厳密にいえばＸ方向に隣り合うビームスポット間に０．０４μｍ幅の隙間が生じることになるが、０．０４μｍ幅であればアニール品質の観点からは許容される。

このように、Ｘ目標移動ピッチの値を１０ｍｍから１０．００００４ｍｍへと増大させたことにより、ビームスポットＳが第２の位置Ｐ_２に達した時に、その第２の位置Ｐ_２に配置したビームスポットＳによりアニールされた領域のＸ軸正方向側の端部と、基板ＷのＸ軸正方向側の縁との間に２μｍ幅の隙間が生じてしまうことを防止できる。以上で、Ｘ目標移動ピッチの第１回目の更新処理を終える。

次に、コントローラ６は、ビームスポットＳが第２の位置Ｐ_２に達した時点において、Ｙ目標移動ピッチの更新処理を行う。まず、基板Ｗの熱膨張に起因する第２の地点Ｐ_２から、この第２の地点Ｐ_２とＸ方向に関する位置が同じであってＹ軸正方向側の端部に画定される第６の位置Ｐ_６までの、Ｙ方向に関する距離の増加量を推定する。この増加量は、Ｘ方向の位置が第２の位置Ｐ_２及び第６の位置Ｐ_６のＸ方向の位置に最も近く、Ｙ方向に関して第６の位置Ｐ_６側の端面に対向して配置された第１の上側ＹセンサＳＢＹ_１の測定結果により与えられる。例えば、第１の上側ＹセンサＳＢＹ_１の測定結果が、＋０．７μｍであったとする。この場合、コントローラ６は、第２の位置Ｐ_２から第６の位置Ｐ_６までの距離の増加量が０．７μｍであるとする。

次に、コントローラ６は、第２の位置Ｐ_２から第６の位置Ｐ_６までの距離の増加量をΔＹとし、基板Ｗの熱膨張を考慮しない場合の第２の位置Ｐ_２から第６の位置Ｐ_６までの距離をＬＹとし、Ｙ目標移動ピッチの初期値をＤＹ１としたとき、ＤＹ２＝ＤＹ１＋（ΔＹ／ＬＹ）×ＤＹ１で与えられる補正値ＤＹ２を算出する。いまΔＹ＝０．７μｍ、ＤＹ１＝１０ｍｍであり、ＬＹ＝３５０ｍｍであるとすると、ＤＹ２は、１０ｍｍ＋（０．７μｍ／３５０ｍｍ）×１０ｍｍ＝１０．００００２ｍｍとなる。

次に、コントローラ６は、求めた補正値ＤＹ２をトリガ発生装置５に設定するべく、トリガ発生装置５に目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２を与える。これにより、トリガ発生装置５においてＹ目標移動ピッチが１０ｍｍから１０．００００２ｍｍに更新される。なお、この目標移動ピッチの更新により、厳密にはＹ方向に隣り合うビームスポット間に０．０２μｍ幅の隙間が生じることになるが、０．０２μｍ幅の隙間であれば許容される。以上で、Ｙ目標移動ピッチの第１回目の更新処理を終える。

また、コントローラ６は、ビームスポットＳが第２の位置Ｐ_２に達した時点において、Ｘ目標移動ピッチの第２回目の更新処理も行う。まず、基板Ｗの熱膨張に起因する第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量を推定する。この増加量は、Ｙ方向の位置が第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの移動経路のＹ方向の位置に最も近く、基板Ｗを挟んでＸ方向に向かい合う第３の左側ＸセンサＳＡＸ_３及び第３の右側ＸセンサＳＢＸ_３の測定結果により与えられる。例えば、第３の左側ＸセンサＳＡＸ_３の測定結果が＋２．４μｍであり、第３の右側ＸセンサＳＢＸ_３の測定結果が−３μｍであったとする。この場合、コントローラ６は、第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量が、５．４μｍであるとする。

次に、コントローラ６は、第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量をΔＸとし、基板Ｗの熱膨張を考慮しない場合の第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの距離をＬＸとし、Ｘ目標移動ピッチの初期値をＤＸ１としたとき、ＤＸ２＝ＤＸ１＋（ΔＸ／ＬＸ）×ＤＸ１で与えられる補正値ＤＸ２を求める。いまの場合、ΔＸ＝５．４μｍ、ＬＸ＝９２０ｍｍ、ＤＸ１＝１０ｍｍであるから、ＤＸ２は、１０ｍｍ＋（５．４μｍ／９２０ｍｍ）×１０ｍｍ＝１０．０００６ｍｍとなる。

次に、コントローラ６は、求めた補正値ＤＸ２を設定させる目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２を図１のトリガ発生装置５に与える。これにより、トリガ発生装置５においてＸ目標移動ピッチが１０．０００４ｍｍから１０．０００６ｍｍに更新される。なお、この補正により、厳密にはＸ方向に隣り合うスポット間に０．０６μｍ幅の隙間が生じることになるが、０．０６μｍ幅の隙間であればアニール品質の観点からは許容される。以上で、Ｘ目標移動ピッチの第２回目の更新処理を終える。

次に、コントローラ６は、ビームスポットＳの位置が、第３の位置Ｐ_３と第４の位置Ｐ_４との間の中間位置Ｐ_３ａに達した時に、Ｘ目標移動ピッチの第３回目の更新処理を行う。まず、基板Ｗの熱膨張に起因する中間位置Ｐ_３ａから第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量を推定する。この増加量は、Ｙ方向の位置が中間位置Ｐ_３ａから第４の位置Ｐ_４までのビームスポットＳの移動経路のＹ方向の位置に最も近く、かつビームスポットＳの移動先である第４の位置Ｐ_４側の端面に対向して配置された第３の右側ＸセンサＳＢＸ_３の測定結果により与えられる。

例えば、第３の右側ＸセンサＳＢＸ_３の測定結果が＋４μｍであったとする。これは、基板Ｗの端面が、Ｘ軸の正方向に４μｍ変位したことを意味する。この場合、コントローラ６は、第３の右側ＸセンサＳＢＸ_３の測定結果に基づいて、中間位置Ｐ_３ａから第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量が４μｍであるとする。

次に、コントローラ６は、中間位置Ｐ_３ａから第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量をΔＸとし、基板Ｗの熱膨張を考慮しない場合の中間位置Ｐ_３ａから第４の位置Ｐ_４までの距離をＬＸとし、Ｘ目標移動ピッチの初期値をＤＸ１としたとき、ＤＸ２＝ＤＸ１＋（ΔＸ／ＬＸ）×ＤＸ１で定義される補正値ＤＸ２を算出する。いまの場合、ΔＸ＝４μｍ、ＬＸ＝４６０ｍｍ、ＤＸ１＝１０ｍｍであるから、１０ｍｍ＋（４μｍ／４６０ｍｍ）×１０ｍｍで定義される補正値ＤＸ２は、１０．００００８ｍｍとなる。

次に、コントローラ６は、求めた補正値ＤＸ２をトリガ発生装置５に設定するべく、トリガ発生装置５に目標移動ピッチ設定指令Ｓ_２を与える。これにより、トリガ発生装置５においてＸ目標移動ピッチが１０．００００６ｍｍから１０．００００８ｍｍに更新される。なお、このＸ目標移動ピッチの更新により、厳密にいえばＸ方向に隣り合うビームスポット間に０．０８μｍ幅の隙間が生じることになるが、０．０８μｍ幅であればアニール品質の観点からは許容される。

これにより、ビームスポットＳが、第４の位置Ｐ_４に達した時に、その第４の位置Ｐ_４に配置したビームスポットによりアニールされた領域のＸ軸負方向側の端部と、基板ＷのＸ軸負方向側の縁との間に４μｍ幅の隙間が生じてしまうことを防止できる。以上で、Ｘ目標移動ピッチの第３回目の更新処理を終える。

以上のようにして、コントローラ６が、アニール処理の途中でＸ目標移動ピッチ及びＹ目標移動ピッチをリアルタイムに随時更新する処理を行うので、アニール処理の途中で基板Ｗが熱膨張しても、アニールの加工品質が低下してしまうことを防止できる。具体的には、Ｘ目標移動ピッチの更新を行うことにより、実際にアニールした領域と基板Ｗ表面のＸ方向の縁との間に０．１μｍ以上の隙間が生じてしまうことを防止できる。また、Ｙ目標移動ピッチの更新を行うことにより、実際にアニールされた領域と基板Ｗ表面のＹ方向の縁との間に０．１μｍ以上の隙間が生じてしまうことを防止できる。

以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、ビームスポットＳのＹ方向の位置が、基板Ｗを挟んでＸ方向に向かい合う第ｉの左側及び右側Ｘセンサと、第ｉ＋１の左側及び右側Ｘセンサとの間に位置する時には、それらのＸセンサの測定結果を用いて、補間演算を行うことにより基板のＸ方向の膨張量を求めてもよい。

具体的には、図２の第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの移動経路のＹ方向の位置が、第３の左側及び右側ＸセンサＳＡＸ_３及びＳＢＸ_３と、第４の左側及び右側ＸセンサＳＡＸ_４及びＳＢＸ_４との中間に位置するときには、第３の左側及び右側ＸセンサＳＡＸ_３及びＳＢＸ_３の測定結果の絶対値の和と、第４の左側及び右側ＸセンサＳＡＸ_４及びＳＢＸ_４の測定結果の絶対値の和との平均により、第３の位置Ｐ_３から第４の位置Ｐ_４までの距離の増加量を求めてもよい。

また、図２の中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの移動経路のＹ方向の位置が、第３の左側ＸセンサＳＡＸ_３と第４の左側ＸセンサＳＡＸ_４との中間に位置するときには、第３の左側ＸセンサＳＡＸ_４の測定結果と、第４の左側ＸセンサＳＡＸ_４の測定結果の平均により、中間位置Ｐ_１ａから第２の位置Ｐ_２までの距離の増加量を求めてもよい。

また、パルスレーザ光のビームスポットＳは、基板Ｗ表面におけるＹ方向一端部からＹ軸の正方向に他端部まで移動させ、次にＸ軸の正方向に移動させ、次にＹ軸の負方向に他端部から一端部まで移動させるようにしてもよい。この場合は、第２〜第４の上側ＹセンサＳＢＹ_２〜ＳＢＹ_４及び第２〜第４の下側ＹセンサＳＡＹ_２〜ＳＡＹ_４の測定結果も、Ｙ目標移動ピッチの更新処理に利用される。

また、実施例では、トリガ発生装置５とコントローラ６とによって構成される制御装置が、保持台１の位置を示す位置データｄ２と変位計２の測定結果ｄ１とに基づいて、保持台１が移動している状態においてパルスレーザ光Ｌの出射のタイミングを制御するようにしたが、パルスレーザ光Ｌのパルス間隔は固定にしておいて、パルス間における保持台１の移動量を変位計２の測定結果ｄ１に基づいて制御するようにしてもよい。また、実施例では、基板Ｗを保持台１に載せて移動させる場合を説明したが、ガルバノミラー等でレーザ光の進行方向を振り、ビームスポットを基板Ｗの表面内で移動させてもよい。この場合には、ガルバノミラー等と保持台１の両方が制御される。

また、Ｘ及びＹ目標移動ピッチを更新する時点及び更新の回数は特に限定されない。また、パルスレーザ光出射装置３が備えるレーザ光源は、エキシマレーザ発振器に限られず、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器等の固体レーザ発振器であってもよい。また、変位計２を構成するセンサの配置数も特に限定されない。また、実施例では、アモルファスシリコン膜のアニール処理について説明したが、有機又は無機材料膜のアブレーション加工やプリント基板の穴あけ加工等の除去加工や、基板表面に形成された転写層をその基板に転写するパターニング加工等にも本発明を適用できる。レーザ照射の対象とする基板は、金属、プラスチック、セラミックス、又は半導体材料等からなるものであってもよい。金属からなる基板を対象とする場合は、保持台１が磁力により基板Ｗを保持する電磁チャックを備えた構成としてもよい。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例によるアニール装置の構成を示す概略図である。 保持台によって保持された基板の平面図である。 同じく、保持台によって保持された基板の平面図である。 パルスレーザ光のビームスポット間に隙間が生じている様子を示す概略図である。

符号の説明

１ 保持台
１ａ 保持面
２ 変位計
３ パルスレーザ光出射装置
４ 移動機構
５ トリガ発生装置
６ コントローラ
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 基板を、その表面に平行な方向の熱膨張を許容した状態で保持する保持台と、
   前記保持台によって保持された基板の表面に入射するパルスレーザ光を繰り返し出射するパルスレーザ光出射装置と、
   前記パルスレーザ光出射装置から出射されるパルスレーザ光の入射位置が、前記保持台によって保持された基板の表面上で、１パルス毎又は複数パルス毎に移動するように、前記パルスレーザ光の光軸及び前記保持台の一方を他方に対して移動させる移動機構と
   を備えたレーザ照射装置において、
   前記保持台に対して固定的に設けられており、前記基板の表面に平行な方向に関し、前記保持台によって保持された基板の端面の位置の、該保持台に対する変位量を測定するレーザ変位計と、
   前記保持台に保持された基板に、前記パルスレーザ光出射装置から出射されたパルスレーザビームを照射している途中に、前記レーザ変位計の測定結果に基づいて、前記パルスレーザ光出射装置による前記パルスレーザ光の出射のタイミング、及び１パルス毎又は複数パルス毎に行われる前記移動機構による移動の量の少なくともいずれか一方を随時更新する制御装置と
   を備えたレーザ照射装置。
2. 前記移動機構が、前記パルスレーザ光の光軸に対して前記保持台を移動させるとともに、その移動の過程で該保持台の位置に関する位置データを出力し、
   前記制御装置が、前記位置データ及び前記レーザ変位計の測定結果に基づいて、前記パルスレーザ光出射装置による前記パルスレーザ光の出射のタイミングを制御する請求項１に記載のレーザ照射装置。
3. 前記制御装置が、予め与えられた前記保持台の目標移動ピッチの値を、前記レーザ変位計の測定結果に基づいて補正するとともに、前記位置データに基づいて前記保持台が前記補正された目標移動ピッチだけ移動したか否かを判定し、該保持台が前記補正された目標移動ピッチだけ移動したと判定したときに、前記パルスレーザ光出射装置に前記パルスレーザ光を出射させる請求項２に記載のレーザ照射装置。
4. （ａ）保持台によって、基板をその表面に平行な方向の熱膨張を許容した状態で保持する工程と、
   （ｂ）パルスレーザ光出射装置から、前記保持台によって保持された基板の表面上における第１の位置に入射するパルスレーザ光を出射させる工程と、
   （ｃ）前記工程ｂの後、前記基板の表面に平行な方向に関し、前記保持台によって保持された基板の端面の位置の、該保持台に対する変位量を、該保持台に対して固定的に設けられたレーザ変位計で測定し、その測定結果に基づいて前記基板の表面上における次のショットのパルスレーザ光を入射させるべき目標位置を特定する工程と、
   （ｄ）特定した目標位置に前記パルスレーザ光出射装置から出射されるパルスレーザ光が入射するように、前記パルスレーザ光の光軸及び前記保持台の一方を他方に対して移動させる工程と
   （ｅ）移動後に、前記パルスレーザ光出射装置から次のショットのパルスレーザ光を出射させる工程と
   を有するレーザ照射方法。
5. 前記工程（ｃ）では、前記基板の表面に平行な第１の方向に関し、前記保持台によって保持された基板の端面の位置の、該保持台に対する変位量を測定し、
   前記工程（ｄ）では、前記パルスレーザ光の光軸及び前記保持台の一方を他方に対して前記第１の方向に移動させる請求項４に記載のレーザ照射方法。

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