JP5300564B2

JP5300564B2 - レーザアニール装置

Info

Publication number: JP5300564B2
Application number: JP2009092784A
Authority: JP
Inventors: 正仁金沢; 太郎河野; 太一吉澤
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: KR20100111613A; JP2010245319A; KR101636083B1

Description

本発明は、レーザアニール装置に関し、さらに詳しくは、ミッシングパルスの発生を迅速に判定することが出来ると共にレーザ光路の途中にあるシャッタの開閉のタイミングによってミッシングパルスの発生を誤判定してしまうことがないレーザアニール装置に関する。

従来、パルス状レーザ光を受光し、受光レベルが所定レベル以上のパルス数を所定の作業工程期間中計数し、所定の作業工程期間中に計数されるべきパルス数に基づく基準値より計数値が少ないときにミッシングパルスが発生したと判定するパルス状レーザ光の検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、パルス状レーザ光を受光し、受光強度が所定規格値を下回るパルス数を所定の期間（例えばパルス状レーザ光を２０回照射する期間）中計数し、所定の期間中の計数値が所定数以上のときにミッシングパルスが発生したと判定するレーザアニール装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特公平５−１１１４号公報特開２００２−１５８１８６号公報

上記従来のパルス状レーザ光の検出装置やレーザアニール装置では、所定の作業工程期間や所定の期間が終わるまでミッシングパルスの発生を判定できない問題点があった。また、所定の作業工程期間や所定の期間の開始タイミング（これは電子的なタイミングであり正確である）に対するレーザ光路の途中にあるシャッタの開閉のタイミング（これはメカニカルなタイミングであり正確さに劣る）のずれによっては計数値に誤差を生じ、ミッシングパルスの発生を誤判定してしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ミッシングパルスの発生を迅速に判定することが出来ると共にレーザ光路の途中にあるシャッタの開閉のタイミングによってミッシングパルスの発生を誤判定してしまうことがないレーザアニール装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、所定の幅を有するレーザビームを周期Ｔのパルス状に基板（Ｐ）に照射し且つ照射位置を前記幅方向に所定のピッチで移動するレーザアニール装置であって、レーザビーム強度を検出するビームセンサ手段（４）と、前記ビームセンサ手段（４）で得られたレーザビーム強度と所定の閾値とを比較するコンパレータ手段（５）と、シャッタ（９）が開いたタイミングを検出するシャッタセンサ手段（１０）と、前記シャッタ（９）が開いたタイミングから所定の期間Ｇ内に前記閾値以上のレーザビーム強度が検知されない場合にミッシングパルスがあったと判定するミッシングパルス判定手段（１８）とを具備し、ｎを自然数とし、αをシャッタ（９）の開タイミングの最大ずれ時間とするとき、ｎ×Ｔ＋α＜Ｇ＜（ｎ＋１）×Ｔ−αであることを特徴とするレーザアニール装置（１００）を提供する。
上記第１の観点によるレーザアニール装置（１００）では、パルス数の計数を行わず、シャッタ（９）が開いたタイミングから所定の期間Ｇに閾値以上のレーザビーム強度が検知されない場合にｎ個のミッシングパルスがあったと判定する。これにより、ミッシングパルスの発生を迅速に判定することが出来る。また、シャッタ（９）の開タイミングの最大ずれ時間αを期間Ｇに考慮しているから、シャッタ（９）の開閉のタイミングによってミッシングパルスの発生を誤判定してしまうこともない。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点によるレーザアニール装置において、ｎ＝３以上であることを特徴とするレーザアニール装置（１００）を提供する。
上記第２の観点によるレーザアニール装置（１００）では、シャッタ（９）が開いたタイミングから３パルス以上連続してレーザビーム強度が閾値以上にならなかったときにミッシングパルスとなったと判定する。これにより、１，２パルスのミッシングでは品質上の問題を生じない場合にミッシングパルスの発生と判定してしまうことを回避できる。

第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点によるレーザアニール装置において、前記ビームセンサ手段（４）は、基板（Ｐ）の端面からの漏洩光を受光することを特徴とするレーザアニール装置（２００）を提供する。
上記第３の観点によるレーザアニール装置（２００）では、基板（Ｐ）の端面からの漏洩光を受光する。この漏洩光は、基板（Ｐ）内を通過してきたレーザ光や基板（Ｐ）で発生する蛍光であるが、これらは基板（Ｐ）までの光学系の劣化や基板（Ｐ）の品質の劣化の情報を含んでいる。そこで、光学系の劣化や基板（Ｐ）の品質の劣化をもミッシングパルスの発生として検出できる利点がある。

本発明のレーザアニール装置によれば、ミッシングパルスの発生を迅速に判定することが出来る。また、シャッタの開閉のタイミングによってミッシングパルスの発生を誤判定してしまうこともない。

実施例１に係るレーザアニール装置のシャッタ閉時を示す構成説明図である。実施例１に係るレーザアニール装置のシャッタ開時を示す構成説明図である。正常時のシャッタセンサ信号同期の各信号のタイミングを示すタイミング図である。２ミッシングパルス時のシャッタセンサ信号同期の各信号のタイミングを示すタイミング図である。３ミッシングパルス時のシャッタセンサ信号同期の各信号のタイミングを示すタイミング図である。図３の次の動作の各信号のタイミングを示すタイミング図である。図６の次の動作の各信号のタイミングを示すタイミング図である。図７の次の動作の各信号のタイミングを示すタイミング図である。実施例２に係るレーザアニール装置のシャッタ閉時の状態を示す構成説明図である。実施例２に係るレーザアニール装置のシャッタ開時の状態を示す構成説明図である。

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。

−実施例１−
図１は、実施例１に係るレーザアニール装置１００を示す構成説明図である。
このレーザアニール装置１００は、周期Ｔ（例えば３．３ｍｓ）のレーザトリガ信号ａに応じてパルス状にレーザビームを出力するレーザ発振器１と、アテネータ２と、レーザビームの一部を透過し他を反射するミラー３と、ビーム整形器６と、所定の幅（例えば０．４ｍｍ）を有するレーザビームを基板Ｐに照射するレンズ７と、ビームダンプ８と、レーザビームの光路に入ってビームダンプ８へ反射するシャッタ９と、シャッタ９がレーザビームの光路から出たことを検知しシャッタ開信号ｂを出力するシャッタ開センサ１０と、レーザビームの光路にシャッタ９を出入りさせるシャッタ駆動アクチュエータ１１と、基板Ｐを載置しレーザビームの幅方向に所定のピッチ（例えば０．０４ｍｍ）で移動するためのステージ１３と、Ｘ移動モータ１４と、Ｙ移動モータ１５と、Ｘ移動ドライバ１６と、Ｙ移動ドライバ１７と、ミラー３を透過したレーザビームを受光しその強度に応じたビームセンサ信号ｃを出力するビームセンサ４と、閾値ｒを出力する閾値出力器２５と、ビームセンサ信号ｃと閾値ｒとを比較するコンパレータ５と、期間Ｇ（例えばｎ＝３，α＝０．１ｍｓとすると、Ｇ＝１１ｍｓ。３×３．３ｍｓ＋０．１ｍｓ＜１１ｍｓ＜４×３．３ｍｓ−０．１ｍｓ）を出力する期間出力器２３と、シャッタ９が開いたタイミングから期間Ｇの間に閾値ｒ以上のビームセンサ信号ｃが検知されない場合にミッシングパルスがあったと判定するミッシングパルス判定器１８と、レーザトリガ信号ａの出力などを行うシステムコントローラ１９とを具備している。

図２は、シャッタ９がレーザビームの光路に入ってレーザビームをビームダンプ８へ反射している状態を表している。

図３は、ミッシングパルスを発生しない正常動作時の各信号のタイミングを示すタイミング図である。
シャッタ開信号ｂが出力された時刻ｔ０より前のレーザトリガ信号ａはウォームアップのためであり、この時に出力されるレーザビームはシャッタ９でビームダンプ８へ反射される（図２参照）。
シャッタ開信号ｂが出力された時刻ｔ０より後のレーザトリガ信号ａは基板照射のためであり、この時に出力されるレーザビームによりビームセンサ信号ｃが出力され、さらにコンパレータ信号ｄが出力される（図１参照）。
ミッシングパルス判定器１８は、シャッタ開信号ｂの立上りから期間Ｇが経過する前の時刻ｔ１にコンパレータ信号ｄが入力されたので、ミッシングパルスがあったと判定しない。

図４は、２ミッシングパルス発生時の各信号のタイミングを示すタイミング図である。
シャッタ開信号ｂが出力された時刻ｔ０より後、２パルス分のビームセンサ信号ｃが出力されないか又は出力されても閾値ｒより小さいので、２パルス分のコンパレータ信号ｄが出力されない。しかし、シャッタ開信号ｂの立上りから期間Ｇが経過する前の時刻ｔ３に３パルス目のコンパレータ信号ｄが入力されている。
ミッシングパルス判定器１８は、シャッタ開信号ｂの立上りから期間Ｇが経過する前の時刻ｔ３にコンパレータ信号ｄが入力されたので、ミッシングパルスがあったと判定しない。

図５は、３ミッシングパルス発生時の各信号のタイミングを示すタイミング図である。
シャッタ開信号ｂが出力された時刻ｔ０より後、３パルス分のビームセンサ信号ｃが出力されないか又は出力されても閾値ｒより小さいので、３パルス分のコンパレータ信号ｄが出力されない。
ミッシングパルス判定器１８は、シャッタ開信号ｂの立上りから期間Ｇの間にコンパレータ信号ｄが入力されないので、ただちにミッシングパルスがあったと判定する。
システムコントローラ１９は、レーザトリガ信号ａの出力を停止すると共にシャッタ９を閉じる。

図６は、図３の動作の次の動作を示している。
図３で時刻ｔ１にコンパレータ信号ｄが入力されると、ミッシングパルス判定器１８は、時刻ｔ１のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇの間にコンパレータ信号ｄが入力されるか否かでミッシングパルスがあったか否かを判定するように動作を変える。
図６では、時刻ｔ１のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇが経過する前の時刻ｔ２にコンパレータ信号ｄが入力されたので、ミッシングパルスがあったと判定しない。

図７は、図６の動作の次の動作を示している。
図６で時刻ｔ２にコンパレータ信号ｄが入力されると、ミッシングパルス判定器１８は、時刻ｔ２のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇの間にコンパレータ信号ｄが入力されるか否かでミッシングパルスがあったか否かを判定するように動作を変える。
図７では、時刻ｔ２のコンパレータ信号ｄの立上りから２パルス分のビームセンサ信号ｃが出力されないか又は出力されても閾値ｒより小さいので、２パルス分のコンパレータ信号ｄが出力されない。しかし、時刻ｔ２のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇが経過する前の時刻ｔ５にコンパレータ信号ｄが入力されている。
ミッシングパルス判定器１８は、時刻ｔ２のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇが経過する前の時刻ｔ５にコンパレータ信号ｄが入力されたので、ミッシングパルスがあったと判定しない。

図８は、図７の動作の次の動作を示している。
図７で時刻ｔ５にコンパレータ信号ｄが入力されると、ミッシングパルス判定器１８は、時刻ｔ５のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇの間にコンパレータ信号ｄが入力されるか否かでミッシングパルスがあったか否かを判定するように動作を変える。
図８では、時刻ｔ５のコンパレータ信号ｄの立上りから３パルス分のビームセンサ信号ｃが出力されないか又は出力されても閾値ｒより小さいので、３パルス分のコンパレータ信号ｄが出力されない。
ミッシングパルス判定器１８は、時刻ｔ５のコンパレータ信号ｄの立上りから期間Ｇの間にコンパレータ信号ｄが入力されないので、ただちにミッシングパルスがあったと判定する。
システムコントローラ１９は、レーザトリガ信号ａの出力を停止すると共にシャッタ９を閉じる。

実施例１のレーザアニール装置１００によれば、次の効果が得られる。
（１）３ミッシングパルスが発生した時、ただちにミッシングパルスの発生を判定することが出来る。
（２）シャッタ９の開閉のタイミングによってミッシングパルスの発生を誤判定してしまうことがない。
（３）ｎとαをパラメータとして、期間Ｇを設定変更できる。
（４）シャッタ９の開時だけでなく、照射中もミッシングパルスの発生を検出することが出来る。

−実施例２−
図９，図１０は、実施例２に係るレーザアニール装置２００を示す構成説明図である。図９はシャッタ９が開時の状態であり、図１０はシャッタ９が閉時の状態である。
このレーザアニール装置２００は、基板Ｐの端面からの漏洩光Ｌを受光するようにビームセンサ４が設置されている点と、レンズ７の後にシャッタ９が設けられている点とが、実施例１に係るレーザアニール装置１００と異なっている。

実施例２のレーザアニール装置２００によれば、実施例１のレーザアニール装置１００の効果に加えて次の効果が得られる。
（５）光学系の劣化や基板Ｐの品質の劣化をもミッシングパルスの発生として検出できる。

本発明のレーザアニール装置は、例えばガラス基板上に形成した非晶質シリコン半導体層を多結晶シリコン半導体層化する処理に利用できる。

１レーザ発振器
２アテネータ
３ミラー
４ビームセンサ
５コンパレータ
６ビーム整形器
７レンズ
８ビームダンプ
９シャッタ
１０シャッタ開センサ
１１シャッタ駆動アクチュエータ
１３ステージ
１４Ｘ移動モータ
１５Ｙ移動モータ
１６Ｘ移動ドライバ
１７Ｙ移動ドライバ
１８ミッシングパルス判定器
１９システムコントローラ
２３期間出力器
２５閾値出力器
Ｐ基板

Claims

所定の幅を有するレーザビームを周期Ｔのパルス状に基板（Ｐ）に照射し且つ照射位置を前記幅方向に所定のピッチで移動するレーザアニール装置であって、レーザビーム強度を検出するビームセンサ手段（４）と、前記ビームセンサ手段（４）で得られたレーザビーム強度と所定の閾値とを比較するコンパレータ手段（５）と、シャッタ（９）が開いたタイミングを検出するシャッタセンサ手段（１０）と、前記シャッタ（９）が開いたタイミングから所定の期間Ｇ内に前記閾値以上のレーザビーム強度が検知されない場合にミッシングパルスがあったと判定するミッシングパルス判定手段（１８）とを具備し、ｎを自然数とし、αをシャッタ（９）の開タイミングの最大ずれ時間とするとき、ｎ×Ｔ＋α＜Ｇ＜（ｎ＋１）×Ｔ−αであることを特徴とするレーザアニール装置（１００）。
請求項１に記載のレーザアニール装置において、ｎ＝３以上であることを特徴とするレーザアニール装置（１００）。
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置において、前記ビームセンサ手段（４）は、基板（Ｐ）の端面からの漏洩光を受光することを特徴とするレーザアニール装置（２００）。