JP5774439B2 - レーザ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理体にレーザ光を照射してレーザアニールなどのレーザ処理を行うレーザ処理装置に関するものである。

フラットパネルディスプレイの基板などに用いられる半導体薄膜では、アモルファス膜を用いるものの他、結晶薄膜を用いるものが知られている。この結晶薄膜に関し、アモルファス膜をレーザ光によってアニールして結晶化させることにより製造する方法が提案されている。また、レーザアニール処理として、結晶質膜にレーザ光を照射して欠陥の除去や結晶性の改善などの改質を目的として行うものも知られている。

上記レーザアニールなどのレーザ処理は、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気や、真空雰囲気など、その処理に応じて最適な状態に制御された処理雰囲気下で行われることが一般的である。例えば、特許文献１には、被処理体に対してレーザ処理が行われる処理雰囲気を制御するレーザアニール装置が記載されている。

図４は、特許文献１に記載された従来のレーザアニール装置を示す概略図である。
図示するように、アニールチャンバ１３０内のステージ１４０上には、アモルファスシリコン１０７の薄膜が主面上に成膜されたガラス基板１０５が載置されている。
アニールチャンバ１３０外には、エキシマレーザビームＬを発振するレーザ発振器１１１が設置されている。レーザ発振器１１１のエキシマレーザビームＬ出力側には、アニールチャンバ１３０内のアモルファスシリコン１０７面上にエキシマレーザビームＬを線状に整形して導く光学系の第１のモジュール１２１および第２のモジュール１３１が配置されている。
第２のモジュール１３１を通過したエキシマレーザビームＬの光路前方には、ガラス基板１０５上のエキシマレーザビームＬが照射される領域を囲う雰囲気制御手段１３８が配設されている。アニールチャンバ１３０は、雰囲気制御手段１３８およびステージ１４０などを囲うように配置されている。アニールチャンバ１３０には、外部からエキシマレーザビームＬを内部へと照射させるアニーラウインドウ１３９が設けられている。

雰囲気制御手段１３８には、雰囲気制御手段１３８内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給ライン１４１、および雰囲気制御手段１３８内に窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給ライン１４２が接続されている。窒素ガス供給ライン１４１と混合ガス供給ライン１４２とは、雰囲気制御手段１３８の近傍の位置で、互いの下流端が合流接続されている。
窒素ガス供給ライン１４１は、窒素ガスの流量を調整してこの窒素ガスを雰囲気制御手段１３８内に供給する第１の窒素ガス流量制御部１４３および第２の窒素ガス流量制御部１４４とを備えている。第１の窒素ガス流量制御部１４３と第２の窒素ガス流量制御部１４４とは、雰囲気制御手段１３８より手前の位置で、互いに接続されている。また、第１の窒素ガス流量制御部１４３および第２の窒素ガス流量制御部１４４を合流接続した位置と雰囲気制御手段１３８との間には、窒素ガスバルブ１４５が接続されている。
また、混合ガス供給ライン１４２は、窒素ガスの流量を調整してこの窒素ガスを雰囲気制御手段１３８内に供給する第３の窒素ガス流量制御部１４６と、酸素ガスの流量を調整してこの酸素ガスを雰囲気制御手段１３８内に供給する酸素ガス流量制御部１４７とを備えている。第３の窒素ガス流量制御部１４６および酸素ガス流量制御部１４７のそれぞれの下流端は、窒素ガスと酸素ガスとを均一な濃度に混合させるミキシングタンク１４８にそれぞれ接続されている。ミキシングタンク１４８の下流端は、雰囲気制御手段１３８に接続されている。ミキシングタンク１４８と雰囲気制御手段１３８との間には、酸素ガスバルブ１４９が接続されている。

また、アニールチャンバ１３０には、窒素ガス供給ライン１４１と混合ガス供給ライン１４２とにより供給されたガスを排気する排気調整手段１５１が接続されている。排気調整手段１５１は、アニールチャンバ１３０内を主として排気する主排気ライン１５２と、アニールチャンバ１３０内を補助的に排気する副排気ライン１５３とを備えている。
主排気ライン１５２には、主排気ライン１５２内を通過するガスの流量を調整する主排気コンダクタンス調整バルブ１５４が接続されている。主排気コンダクタンス調整バルブ１５４には、主排気ライン１５２内を通過するガスの流量が調整可能な第１のニードル弁１５５が取り付けられている。また、主排気ライン１５２の上流端は、アニールチャンバ１３０に接続されている。
副排気ライン１５３には、副排気ライン１５３内を通過するガスの流量を調整する複数の副排気コンダクタンス調整バルブ１５６、１５７が直列に接続されている。上流側に位置する副排気コンダクタンス調整バルブ１５６の上流端は、アニールチャンバ１３０に接続されている。副排気コンダクタンス調整バルブ１５６には、副排気コンダクタンス調整バルブ１５６内を通過するガスの流量が調整可能な第２のニードル弁１５８が取り付けられている。また、下流側に位置する副排気コンダクタンス調整バルブ１５７の下流端は、主排気コンダクタンス調整バルブ１５４より下流側で主排気ライン１５２に接続されている。

上記図４に示すレーザアニール装置では、窒素ガス供給ライン１４１および混合ガス供給ライン１４２により、アニールチャンバ１３０内の酸素濃度を２％にして第１の雰囲気とする。この状態で、所定の条件でレーザ発振器１１１からエキシマレーザビームＬを発振させて、ステージ１４０によりガラス基板１０５を移動させつつ、エキシマレーザビームＬをガラス基板１０５上のアモルファスシリコン１０７に向けて照射する。こうして、アモルファスシリコン１０７の全面をレーザアニールし、第１のレーザアニール工程を行なう。この結果、ステージ１４０に設置したガラス基板１０５上のアモルファスシリコン１０７に、結晶核が形成される。第１のレーザアニール工程を終えた時点で、レーザ発振器１１１のシャッタによりエキシマレーザビームＬを遮断する。
次いで、窒素ガス供給ライン１４１から窒素ガスを１００ｌ／ｍｉｎの流量で供給して、アニールチャンバ１３０内の雰囲気を第１の雰囲気とは異なる第２の雰囲気に置換する。この後、窒素ガスバルブ１４５を絞り、窒素ガス供給ライン１４１から供給される窒素ガスの流量を３０ｌ／ｍｉｎとするとともに、第２のニードル弁１５８を調整してアニールチャンバ１３０内の酸素ガスを副排気ライン１５３で排気する。この結果、アニールチャンバ１３０内のガラス基板１０５上の酸素濃度が５０ｐｐｍ以下となる。この状態で、レーザ発振器１１１のシャッタを開き、ステージ１４０によりガラス基板１０５を移動させつつ、エキシマレーザビームＬをガラス基板１０５上のアモルファスシリコン１０７に向けて照射する。こうして、アモルファスシリコン１０７の全面をレーザアニールし、第２のレーザアニール工程を行なう。この結果、第１のレーザアニール工程でアモルファスシリコン１０７に形成された結晶核を中心とする突起の低いポリシリコンが形成される。

また、半導体基板を搬入出するためのロードロック室が処理室とは別に設けられたレーザ処理装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
図５は、特許文献２に記載された従来のレーザ処理装置を示す概略図である。
図示するように、処理室２３５には、被処理体２００を装入して載置するステージ２３６が配置され、処理室２３５の天板には外部からレーザ光を導入する導入窓２３７が設けられる。処理室２３５には、ゲートバルブ２３４を介して搬送ロボット室２３３が接続され、さらに搬送ロボット室２３３には、ゲートバルブ２３２を介してロードロック室２３１が接続されている。ロードロック室２３１の外部には、ロードロック室２３１内に被処理体２００を搬送する搬送ロボット２３０が配置される。
上記ロードロック室２３１、搬送ロボット室２３３、処理室２３５は、真空または所定のガス雰囲気下でゲートバルブ２３２、２３４を介して連通する。
上記図５に示す装置の稼働においては、基板搬入時に、ゲートバルブ２３２、２３４を閉じた状態で、ロードロック室２３１のゲートバルブ（図示しない）を開けて搬送ロボット２３０によって被処理体２００をロードロック室２３１内に搬入し、ロードロック室２３１のゲートバルブを閉じる。ゲートバルブ２３２、２３４を閉じた状態で、ロードロック室２３１を真空引きした後に、真空保持または所定のガスを導入する。次いで、ゲートバルブ２３２を開いて被処理体２００をロードロック室２３１から搬送ロボット室２３３に搬送し、さらにゲートバルブ２３４を開けて処理室２３５内に被処理体２００を装入し、ゲートバルブ２３４を閉じてレーザアニールなどの処理を行う。これにより処理室２３５の雰囲気を維持したままで所望の処理を行うことが可能になる。

特開２００２−２１７１２４号公報 特開２００２−１６４４０７号公報

上記のように、図４に示すレーザアニール装置では、ガラス基板上のエキシマレーザビームが照射される領域における雰囲気だけが制御されている。このため、その雰囲気を例えば１００ｐｐｍ以下の低酸素濃度の状態に安定化するには、長時間を要する。また、一般的に、レーザアニール装置が設置されている工場等の施設において、レーザアニール装置の処理室内のガスを排気する排気ラインは、施設側排気系統の共有排気ラインに接続されている。共有排気ラインには、他のプロセスを行う装置なども接続されている。このため、他のプロセスを行う装置の稼働状態などによって共有排気ラインに圧力変動が生じることがあり、この圧力変動がレーザアニール装置の処理室内に影響を与える場合がある。したがって、エキシマレーザビームが照射される領域における雰囲気のみを制御するだけでは、他のプロセスを行う装置などにおける圧力変動による影響を回避することは困難である。

また、上記図５に示すようにロードロック室が設けられたレーザ処理装置では、搬送ロボット室およびロードロック室を設けるためのコストが嵩む。また、処理室以外の設置スペースも大きく確保する必要がある。さらには、被処理体の搬出、搬入の度にロードロック室内の雰囲気を窒素ガスや不活性ガスなどへ置換するための時間やランニングコストが必要となり、また、被処理体を搬送するための時間も増大するという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、レーザ照射処理が行われる処理雰囲気を短時間で安定化するとともに、安定化された処理雰囲気を容易に維持することができるレーザ処理装置を提供することを目的としている。

すなわち、本発明のレーザ処理装置のうち、第１の本発明は、被処理体が収容され、該被処理体に対するレーザ照射処理がなされる処理室と、
前記処理室内にガスを給気する給気ラインと、
前記給気ラインにおける前記給気を調整する給気調整部と、
前記処理室内からガスを排気する排気ラインと、
前記排気ラインにおける前記排気を調整する処理側排気調整部と、
前記処理室内の圧力を測定する処理室圧力測定部と、
前記処理側排気調整部の下流側における前記排気ライン内の圧力を測定する排気圧力測定部と、
前記排気圧力測定部による測定位置の下流側で前記排気ラインの排気を調整する下流側排気調整部と、を有し、
前記排気圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記下流側排気調整部を制御して、前記処理側排気調整部と前記下流側排気調整部との間の前記排気ライン内の圧力を所定の圧力に調整し、前記処理室圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記給気調整部および前記処理側排気調整部の一方または両方を制御して、前記処理室内の圧力を所定の圧力に調整する制御部と、を有することを特徴とする。

第２の本発明のレーザ処理装置は、被処理体が収容され、該被処理体に対するレーザ照射処理がなされる処理室と、前記処理室内にガスを給気する給気ラインと、前記給気ラインにおける前記給気を調整する給気調整部と、前記処理室内からガスを排気する排気ラインと、前記排気ラインにおける前記排気を調整する処理側排気調整部と、前記処理室内の圧力を測定する処理室圧力測定部と、前記処理室圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記給気調整部および前記処理側排気調整部の一方または両方を制御して、前記処理室内の圧力を調整する制御部と、前記処理室内で移動可能で、前記被処理体が設置されて該被処理体に対し前記レーザ処理が行われるステージと、を有し、
前記処理室に、ロードロックエリアとレーザ照射エリアとを有し、前記ステージは、前記移動に伴って、一時的に前記ロードロックエリアの一部の仕切壁を構成することを特徴とする。
第３の本発明のレーザ処理装置は、前記第１または第２のの本発明において、前記処理室が、ロードロックエリアとレーザ照射エリアとを有し、前記給気ラインと前記排気ラインとは、前記ロードロックエリアおよび前記レーザ照射エリアの少なくとも一方に個別に接続されており、前記処理室圧力測定部は、前記接続がされた前記ロードロックエリアおよび前記レーザ照射エリアの一方または両方の圧力を個別に測定するものであることを特徴とする。

第４の本発明のレーザ処理装置は、前記第２の本発明において、前記処理側排気調整部の下流側における前記排気ライン内の圧力を測定する排気圧力測定部と、前記排気圧力測定部による測定位置の下流側で前記排気ラインの排気を調整する下流側排気調整部と、を有し、
前記制御部は、前記排気圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記下流側排気調整部を制御して、前記処理側排気調整部と前記下流側排気調整部との間の前記排気ライン内の圧力を調整することを特徴とする。

第５の本発明のレーザ処理装置は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記排気ラインが施設側排気系統の共有排気ラインに接続されており、前記共有排気ラインとの接続端側における前記排気ライン内の圧力を測定する共有排気側圧力測定部を有し、前記制御部は、前記共有排気側圧力測定部の測定結果を受け、測定された前記排気ライン内の圧力の変動が所定の閾値を超えたときに前記レーザ照射処理を中止する制御を行うことを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、被処理体に対するレーザ照射処理がなされる処理室内の圧力を処理室圧力測定部により測定し、処理室圧力測定部の測定結果に基づき、給気ラインにおける給気を調整する給気調整部、および排気ラインにおける排気を調整する処理側排気調整部の一方または両方を制御して、処理室内の圧力を調整する。こうして処理室内の圧力に応じて処理室に対する給排気を適宜調整することができるため、処理室内におけるレーザ照射処理が行われる処理雰囲気を短時間で安定化することができるとともに、被処理体の搬入出時およびレーザ照射処理時における処理室内の圧力変動を低減して、安定化された処理雰囲気を容易に維持することができる。したがって、本発明によれば、安定化された処理雰囲気において被処理体に対してレーザ照射処理を行うことができるため、高い品質でレーザ処理を行うことができる。

被処理体に対するレーザ照射処理は、例えば、非結晶である被処理体を結晶化させたり、結晶体である被処理体の改質を行うレーザアニールを好適例として挙げることができる。なお、本発明としてはレーザ照射処理の内容がこれらに限定されるものではなく、レーザ光を被処理体に照射して所定の処理を行うものであればよい。
また、上記レーザアニール処理の対象となる被処理体としては、アモルファスシリコンや結晶シリコンなどの半導体を代表的なものとして示すことができるが、本発明としてはその種別が特に限定されるものではなく、処理の目的に沿って対象とされるものであればよい。
また、上記処理は、圧力、酸素濃度などが調整された処理雰囲気下で処理室内において行われる。該処理雰囲気は、大気雰囲気を除外するものであり、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気などが代表的に挙げられる。また、湿度、温度などを調整した処理雰囲気であってもよい。すなわち、本発明としては調整された処理雰囲気の種別は特に限定されるものではなく、大気下以外であって所定の条件に調整されるものであればよい。通常、減圧雰囲気とされる。

また、処理室は、レーザ照射処理前後の被処理体を一旦収容するロードロックエリアと、レーザ照射処理が行われるレーザ光照射エリアとを有することができる。この場合、給気ラインと排気ラインとは、ロードロックエリアおよびレーザ光照射エリアの少なくとも一方に個別に接続されているものとすることができ、両方にそれぞれ給気ラインと排気ラインとを接続してもよい。また、処理室圧力測定部は、給気ラインと排気ラインの接続がされたロードロックエリアの一方または両方の圧力を個別に測定するものとすることができる。処理室圧力測定部は、所定のエリアの絶対圧力を測定するものであってもよく、また、他の圧力との比較による差圧として測定するものであってもよい。例えば、処理室等を収容するクリーンルームとの差圧として測定するものであってもよい。
処理室内にロードロックエリアが設けられていることにより、被処理体を処理室内に搬入または処理室から搬出する際に処理室の装入口から混入する大気がレーザ光照射エリアに影響するのを極力低減することができる。ロードロックエリアが設けられている場合、被処理体はロードロックエリアに装入され、該ロードロックエリアからレーザ光照射エリアに移動されて所定の処理がなされる。
なお、ロードロックエリアは、装入口に連なるようにして装入口に隣接して設けるのが望ましく、装入口とレーザ光照射エリアとの間にロードロックエリアが位置しているのが望ましい。ロードロックエリアとレーザ光照射エリアとの間には、適宜位置に仕切を設けることで、被処理体の搬出入に際し、レーザ光照射エリアの雰囲気をより安定して維持できる。

給気調整部としては、給気ラインにおける給気を調整することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば給気ラインから給気されるガスの流量を調整可能なマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を用いることができる。
また、処理側排気調整部としては、排気ラインにおける排気を調整することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば排気ラインから排気されるガスの流量を調整可能なバルブを用いることができ、バルブの種類も特に限定されるものではない。

また、排気ラインに対しては、処理側排気調整部の下流側における排気ライン内の圧力を測定する排気圧力測定部と、排気圧力測定部による測定位置の下流側で排気ラインの排気を調整する下流側排気調整部とを設けることもできる。
排気圧力測定部は、処理側排気調整部の下流側における排気ライン内の絶対圧力を測定するものであってもよく、また、他の圧力との比較による差圧として測定するものであってもよい。例えば、処理室等を収容するクリーンルームとの差圧として測定するものであってもよい。
なお、差圧測定に際しては、処理室圧力測定部で差圧を測定する場合、共通する比較圧力を用いるのが望ましく、例えば処理室圧力測定部とともにクリーンルームに対する差圧を測定することができる。
下流側排気調整部としては、排気圧力測定部による測定位置の下流側で排気ラインにおける排気を調整することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば排気ラインから排気されるガスの流量を調整可能なバルブを用いることができ、バルブの種類も特に限定されるものではない。

制御部は、上記給気調整部および処理側排気調整部の一方または両方を制御することに加え、排気圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、下流側排気調整部を制御して、処理側排気調整部と下流側排気調整部との間の排気ライン内の圧力を調整するように構成することができる。こうして、処理側排気調整部と下流側排気調整部との間の排気ライン内の圧力をも調整することにより、処理室内における処理雰囲気をさらに短時間で安定化することができるとともに、安定化された処理雰囲気をさらに容易に維持することができる。

また、上記のように排気圧力測定部と下流側排気調整部とを設けた場合、排気ラインは、処理室に接続され、それぞれに開閉弁が設けられて互いに並列した小容量排気ラインおよび大容量排気ラインと、小容量排気ラインの下流端と大容量排気ラインの下流端とが合流する共通排気ラインとを有するものとすることができる。この場合、小容量排気ラインに処理側排気調整部を設け、共通排気ラインに排気圧力測定部と下流側排気調整部とを設けることができる。小容量排気ラインおよび大容量排気ラインのそれぞれに設けられた開閉弁の一方を選択的に開放することにより、必要に応じて、大容量排気ラインを通して大容量の排気を行い、または処理側排気調整部および下流側排気調整部による上記排気の調整を行いつつ小容量排気ラインを通して小容量の排気を行うことができる。これにより、処理室内における処理雰囲気の調整を効率よく行うことができる。

また、上記処理室からガスを排気する排気ラインに対しては、共有排気ラインを接続することができる。共有排気ラインは、例えば、レーザ処理装置が設置される工場等の施設側の排気系統におけるものであり、レーザ処理装置と、レーザ処理以外の他のプロセスを行う装置などの間で共有されているものである。共有排気ラインが接続された排気ラインに対しては、共有排気ラインとの接続端側における排気ライン内の圧力を測定する共有排気側圧力測定部を設けることができる。この場合、制御部は、共有排気側圧力測定部の測定結果を受け、測定された排気ライン内の圧力の変動が所定の閾値を超えたときにレーザ照射処理を中止する制御を行うように構成することができる。レーザ照射処理を中止する制御を行う基準となる圧力変動の閾値については、処理室内の圧力がレーザ照射処理に不適となる圧力変動を共有排気側圧力測定部により予め測定しておき、該測定値を閾値として用いることができる。こうして、共有排気側圧力測定部により測定される排気ライン内の圧力の変動に応じてレーザ照射処理を中止する制御を行うことにより、レーザ照射処理における不良発生率を確実に低減することができる。

以上のとおり、本発明によれば、被処理体に対するレーザ照射処理がなされる処理室内の圧力を処理室圧力測定部により測定し、処理室圧力測定部の測定結果に基づき、給気ラインにおける給気を調整する給気調整部、および排気ラインにおける排気を調整する処理側排気調整部の一方または両方を制御して、処理室内の圧力を調整するので、レーザ照射処理が行われる処理雰囲気を短時間で安定化するとともに、安定化された処理雰囲気を容易に維持することができるレーザ処理装置を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態のレーザ処理装置の全体構成を示す概略図である。 同じく、レーザ処理装置の処理室およびその周辺を示す正面断面図である。 同じく、レーザ処理装置の処理室およびその周辺を示す平面断面図である。 雰囲気制御手段を有する従来のレーザアニール装置を示す概略図である。 ロードロック室が設けられた従来のレーザ処理装置を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態のレーザ処理装置を図１〜図３に基づいて説明する。
まず、本実施形態のレーザ処理装置の全体構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態のレーザ処理装置の全体構成を示す概略図である。
図示するように、本実施形態のレーザ処理装置は、レーザ照射処理が行われる処理室２と、処理室２内にガスを給気する給気ライン３と、処理室２内からガスを排気する排気ライン４とを有している。給気ライン３の下流端は、処理室２に接続されている。また、排気ライン４の上流端は、処理室２に接続されている。さらに、排気ライン４は、上流側の分岐点４ａで互いに並列した小容量排気ライン４ｂと大容量排気ライン４ｃとに分岐し、下流側の合流点４ｄで小容量排気ライン４ｂと大容量排気ライン４ｃとが共通排気ライン４ｅに合流した構成を有している。大容量排気ライン４ｃは、例えば、小容量排気ライン４ｂと比較して大流量で排気可能な大径のものである。小容量排気ライン４ｂおよび大容量排気ライン４ｃは、本発明の排気ラインを構成する。

処理室２には、デジタル差圧計５が設けられている。デジタル差圧計５は、処理室２内の圧力とレーザ処理装置が設置される場所、例えばクリーンルーム（図示しない）内の圧力との差圧を測定するものであり、本発明の処理室圧力測定部に相当する。

給気ライン３には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６が介設されている。マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６は、後述する制御部１４により制御されて給気ライン３から処理室２内に給気されるガスの流量を調整するものであり、本発明の給気調整部に相当する。

小容量排気ライン４ｂには、上流側から下流側に順に、自動調整バルブ７および開閉バルブ８が介設されている。自動調整バルブ７は、後述する制御部１４により制御されて小容量排気ライン４ｂから排気されるガスの流量を調整するものであり、本発明の処理側排気調整部に相当する。
また、大容量排気ライン４ｃには、開閉バルブ９が介設されている。

また、共通排気ライン４ｅには、デジタル差圧計１０が設けられている。デジタル差圧計１０は、共通排気ライン４ｅ内の圧力とレーザ処理装置が設置される場所、例えばクリーンルーム（図示しない）内の圧力との差圧を測定するものであり、本発明の排気圧力測定部に相当する。
また、共通排気ライン４ｅのデジタル差圧計１０の下流側には、自動調整バルブ１１が介設されている。自動調整バルブ１１は、後述する制御部１４により制御されて共通排気ライン４ｅから排気されるガスの流量を調整するものであり、本発明の下流側排気調整部に相当する。

共通排気ライン４ｅの下流端は、レーザ処理装置が設置される工場などの施設側排気系統の共有排気ライン１２に接続されている。自動調整バルブ１１の下流側に位置する共通排気ライン４ｅの共有排気ライン１２との接続端側には、デジタル差圧計１３が設けられている。デジタル差圧計１３は、共有排気ライン１２との接続端側における共通排気ライン４ｅ内の圧力とレーザ処理装置が設置される場所、例えばクリーンルーム（図示しない）内の圧力との差圧を測定するものであり、本発明の共有排気側圧力測定部に相当する。

上記デジタル差圧計５、１０、１３には、制御部１４が接続されており、デジタル差圧計５、１０、１３の測定結果が制御部１４に送信される。また、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６、および自動調整バルブ７、１１には、これらを制御可能な制御部１４が接続されている。制御部１４は、デジタル差圧計５の測定結果に基づきマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６および自動調整バルブ７の一方または両方を制御し、デジタル差圧計１０の測定結果に基づき自動調整バルブ１１を制御するものである。さらに、制御部１４は、デジタル差圧計１３の測定結果に基づき、該デジタル差圧計１３により測定される圧力変動が所定の閾値を超えた場合に、処理室２におけるレーザ照射処理を中止する制御を行うものである。
制御部１４は、ＣＰＵおよびこれを動作させるプログラム、該プログラムを格納したＲＯＭ、作業エリアとなるＲＡＭ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６、自動調整バルブ７、１１などの動作を制御する制御パラメータなどを格納した不揮発メモリなどによって構成されている。

次に、本実施形態のレーザ処理装置の処理室２およびその周辺の具体的構成について図２および図３を用いて説明する。図２および図３はそれぞれ処理室２およびその周辺を示す正面断面図および平面断面図である。
図示するように、本実施形態のレーザ処理装置は、該処理室２外に設置されたレーザ発振器１５と、該レーザ発振器１５から出力されたレーザ光１５ａを整形して前記処理室２に導く光学系１６とを備えている。また、処理室２には、光学系１６の一部としてレーザ光１５ａを処理室２外部から処理室２内に導く導入窓１７を有しており、導入窓１７を通して導かれるレーザ光１５ａは、処理室２内に設けたシールドボックス１８に設けた透過孔１８ａを通して被処理体１００に照射される。シールドボックス１８は、被処理体１００の照射部分にシールドガスを吹き付けるものである。
被処理体１００は、例えば、非晶質半導体膜であるアモルファスシリコン膜が成膜されたガラス基板である。この場合、アモルファスシリコン膜は、レーザ照射処理により結晶質半導体膜であるポリシリコン膜に結晶化される。

処理室２の側壁２ａには、装入口１９が設けられており、該装入口１９の開閉を行うゲートバルブ２０が備えられている。装入口１９が位置する側で処理室２の外部に搬送ロボット２１が位置する。なお、この例では、ゲートバルブ２０を処理室２の側壁側に設けたが、図２示で正面側に設けるなどの構成も可能である。

処理室２内には、図３示で左右方向および上下方向に移動可能なステージ２２が設置されており、該ステージ２２は、移動装置２３によって移動される。ステージ２２は、平面矩形形状を有しており、シールドボックス１８よりも装入口１９側に待機位置を有している。
待機位置にあるステージ２２の両側端縁上には、側面仕切壁２４、２４がステージ２２の上面側縁に沿いつつ処理室２の天板２ｂに上端を固定されて垂下され、側面仕切壁２４、２４の下端面とステージ２２の上面とは小隙間のみを有しており、天板２ｂと側面仕切壁２４とは隙間なく固定されている。
なお、この形態では、ステージ２２が幅方向に移動するため、側面仕切壁２４、２４の下端面とステージ２２の上面との間の隙間は、ステージ２２上に載置した被処理体１００が通過できる大きさに形成されている。なお、ステージ２２を幅方向に移動させない場合には、該隙間をより狭いものにして気密性を高めることができる。

また、側面仕切壁２４、２４には、装入口１９側においてステージ２２の図２示右方側（以降後方側という）の後方端からステージ２２の後方面に沿って下方に伸長する後方側面仕切壁２４ａ、２４ａが連なっており、該後方側面仕切壁２４ａ、２４ａは、装入口１９側で側壁２ａに隙間なく固定されている。また、後方側面仕切壁２４ａ、２４ａの両下端同士は、装入口１９の下方側で横板状の下方仕切壁２４ｂで連結されている。後方側面仕切壁２４ａ、２４ａの後方端部は、側壁２ａに隙間なく固定されており、前方端部は、ステージ２２の後方面に僅かに隙間を有して位置している。これにより装入口１９の周囲が後方側面仕切壁２４ａ、２４ａ、下方仕切壁２４ｂによって囲まれる。

さらに、側面仕切壁２４、２４のシールドボックス１８側（以降前方側という）の端部は、待機位置にあるステージ２２の前方端側にまで伸長しており、側面仕切壁２４、２４の先端部間には、縦板状の前方仕切壁２４ｃが連結されている。前方仕切壁２４ｃの上端は天板２ｂに隙間なく固定されており、前方仕切壁２４ｃの下端は、ステージ２２に載置された被処理体１００が通過できるようにステージ２２上面との間に隙間を有して位置している。
上記側面仕切壁２４、２４、後方側面仕切壁２４ａ、２４ａ、下方仕切壁２４ｂ、前方仕切壁２４ｃによって仕切壁が構成されている。該仕切壁は、酸素などによる汚染を受けにくい材質が望ましく、例えばアルマイト処理されたアルミニウム板を用いることができる。

また、待機位置にあるステージ２２、上記仕切壁、側壁２ａ、天板２ｂで囲まれる空間がロードロックエリアＡとなっている。ロードロックエリアＡは、前記したように仕切壁とステージ２２との間に僅かな隙間を有する状態でシールドがなされている。
また、ロードロックエリアＡとは別に、シールドボックス１８が位置する空間がレーザ光照射エリアＢに区画されている。
なお、上記では仕切壁は固定物として説明したが、仕切壁を可動のものや可変形状のものによって構成することも可能である。
処理室２のレーザ光照射エリアＢ側には、上記デジタル差圧計５が設置されている。デジタル差圧計５は、レーザ光照射エリアＢの圧力とレーザ処理装置が設置された場所の圧力との差圧を測定するようになっている。なお、デジタル差圧計５は、処理室２のロードロックエリアＡ側に設置し、ロードロックエリアＡの圧力とレーザ処理装置が設置された場所の圧力との差圧を測定するようにしてもよい。また、単一のデジタル差圧計５を設置することに代えて、処理室２のレーザ光照射エリアＢ側およびロードロックエリアＡ側のそれぞれにデジタル差圧計を設置してもよい。

さらに、ロードロックエリアＡには、上記給気ライン３および排気ライン４が接続されている。ロードロックエリアＡは、給気ライン３からガスが給気され、排気ライン４からガスが排気されるようになっている。レーザ光照射エリアＢも、ロードロックエリアＡを介して、給気ライン３からガスが給気され、排気ライン４からガスが排気されるようになっている。
給気ライン３からロードロックエリアＡに雰囲気ガスを給気することで、上記した仕切壁とステージ２２との間の僅かな隙間からガスが外側に向けて吹き出されることでガスカーテンとしての機能が得られ、シールド性が向上する。したがって、仕切壁とステージ２２との隙間は、ステージの移動を損なわない程度に極力小さくするのが望ましく、また、雰囲気ガスの給気によるガスカーテンの作用が十分に得られる程度に小さくすることが望ましい。

次に、上記図１〜図３に示すレーザ処理装置の動作について説明する。
先ず、処理に先立ってステージ２２を待機位置に移動させてゲートバルブ２０を閉めておく。この状態で、以下のようにして処理室２に対して排気ライン４からの排気および給気ライン３からの給気を行い、処理室２内の処理雰囲気を調整する。なお、処理室２に対する給排気が開始されると、デジタル差圧計５、１０、１３は、それぞれ差圧の測定を開始し、該測定結果を制御部１４に送信する。デジタル差圧計５、１０、１３による差圧の測定および測定結果の送信は、例えば、連続的に行われてもよいし、所定の時間間隔で断続的に行われてもよい。

まず、処理室２が所定の圧力に減圧されるまでは、開閉バルブ９および自動調整バルブ１１を開放し、開閉バルブ８を閉止した状態で、大容量排気ライン４ｃを通して処理室２内のガスを排気する。
処理室２内が所定の圧力に減圧された後、開閉バルブ９を閉止し、開閉バルブ８を開放する。さらに、小容量排気ライン４ｂを通して処理室２内のガスを排気するとともに、給気ライン３を通して処理室２内に窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを給気して、アイドリング状態とする。このようにレーザ照射が行われていないアイドリング状態において、制御部１４は、デジタル差圧計５の測定結果に基づき、自動調整バルブ７を制御して排気ライン４から排気されるガスの流量を調整するともに、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６を制御して給気ライン３から給気されるガスの流量を調整する。例えば、アイドリング状態では、給気ライン３から給気されるガスの流量を１００Ｌ／ｍｉｎに設定するとともに、自動調整バルブ７を制御して、デジタル差圧計５により測定される差圧が所定の範囲内になるようにする。
さらに、制御部１４は、デジタル差圧計１０の測定結果に基づき、自動調整バルブ１１を制御して、デジタル差圧計１０によって測定される差圧が所定の圧力となるように共通排気ライン４ｅから排気されるガスの流量を調整する。
こうして、アイドリング状態では処理室２内におけるロードロックエリアＡおよびレーザ光照射エリアＢの処理雰囲気を、所定の圧力および所定の低酸素濃度に調整する。
なお、アイドリング状態は、レーザ照射時以外であって、ステージ２２の移動時（レーザ照射時を除く）、被処理体１００を入れ替える際のゲートバルブ２０の開閉時、ゲートバルブ２０の閉時の被処理体１００の搬入待機時などの状態を意味する。

なお、本実施形態では、ロードロックエリアＡに給気ライン３および排気ライン４が接続されているが、さらにレーザ光照射エリアＢに給気ラインと排気ラインとを接続して、これら給排気ラインからのガスの給排気をも行い、処理室２内の処理雰囲気を調整するようにしてもよい。また、ロードロックエリアＡに接続された給排気ラインおよびレーザ光照射エリアＢに接続された給排気ラインのいずれか１組による給排気により、処理室２内の処理雰囲気を調整するようにしてもよい。

被処理体１００に対するレーザ照射処理を行う際には、アイドリング状態にあるレーザ処理装置において、ゲートバルブ２０を開け、搬送ロボット２１によって被処理体１００を装入口１９からロードロックエリアＡ内に装入し、ステージ２２上に載置する。この際、上記と同様に、制御部１４は、デジタル差圧計５の測定結果に基づき、自動調整バルブ７を制御して小容量排気ライン４ｂから排気されるガスの流量を調整するともに、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６を制御して給気ライン３から給気されるガスの流量を調整する。さらに、制御部１４は、デジタル差圧計１０の測定結果に基づき、自動調整バルブ１１を制御して共通排気ライン４ｅから排気されるガスの流量を調整する。
こうして、処理室２のロードロックエリアＡ内に被処理体１００を装入する際に、給排気されるガスの流量を調整することにより、処理室２内の処理雰囲気の圧力、酸素濃度などの状態の変動を抑制することができる。

被処理体１００をロードロックエリアＡに装入した後、ゲートバルブ２０を閉め、給気ライン３による給気と、排気ライン４による排気とを行って、処理室２内の処理雰囲気を安定化させる。上記のように、被処理体１００を装入する際に処理室２内の処理雰囲気の状態の変動が抑制されているため、処理室２内の処理雰囲気を短時間で安定化することができる。

処理雰囲気の安定化後、ステージ２２を移動装置２３によって図２示左方に移動させる。この移動の途中で被処理体１００の一部が照射位置に達するので、被処理体１００が完全にレーザ光照射エリアＢに移動する前にレーザ光の照射を開始することができる。
レーザ照射処理時には、例えば、給気ライン３から給気されるガスの流量を５０Ｌ／ｍｉｎに設定するとともに、自動調整バルブ７を調整して、デジタル差圧計５により測定される差圧が所定の範囲内になるように制御し、アイドリング状態から脱する。
レーザ照射処理時に、レーザ光１５ａはレーザ発振器１５から出力され、光学系１６および光学系１６内の導入窓１７、さらに処理室２内のシールドボックス１８を通して、透過孔１８ａからレーザ光照射エリアＢ内に位置する被処理体１００に照射される。ステージ２２は、移動装置２３によって前後方向に移動することでレーザ光１５ａが走査される。走査の際には、ステージ２２はロードロックエリアＡ側へ一部が位置するように移動可能になっており、ロードロックエリアＡ側の空間が利用される。
また、ステージ２２を左右方向で移動させて走査位置を変更することで、被処理体１００の全面に亘ってレーザ光照射による処理を行うことができる。該処理において、仕切壁はステージ２２および被処理体１００の移動に支障となることはない。

上記のように処理室２内において被処理体１００を移動する際、および被処理体１００に対してレーザ照射処理を行う際においても、制御部１４は、デジタル差圧計５の測定結果に基づき、自動調整バルブ７を制御して小容量排気ライン４ｂから排気されるガスの流量を調整するともに、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６を制御して給気ライン３から給気されるガスの流量を調整する。さらに、制御部１４は、デジタル差圧計１０の測定結果に基づき、自動調整バルブ１１を制御して共通排気ライン４ｅから排気されるガスの流量を調整する。
こうして、アイドリング状態およびレーザ照射処理時に、処理室２内において被処理体１００を移動する際およびレーザ照射処理を行う際において、給排気されるガスの流量を調整することにより、処理室２内の処理雰囲気を安定した状態に維持することができる。これにより、安定化された処理雰囲気において、被処理体１００の処理を高い品質で効率よく行うことができる。

レーザ照射処理を終了すると、例えば、給気ライン３から給気されるガスの流量を１００Ｌ／ｍｉｎに設定するとともに、自動調整バルブ７を調整して、デジタル差圧計５により測定される差圧が所定の範囲内になるように制御してアイドリング状態に移行する。処理が完了した被処理体１００は、ステージ２２とともに移動装置２３によってロードロックエリアＡ側に移動させ、ゲートバルブ２０を開け、搬送ロボット２１によって処理室２外に搬出する。この際、上記と同様に、制御部１４は、デジタル差圧計５の測定結果に基づき、自動調整バルブ７を制御して小容量排気ライン４ｂから排気されるガスの流量を調整するともに、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６を制御して給気ライン３から給気されるガスの流量を調整する。さらに、制御部１４は、デジタル差圧計１０の測定結果に基づき、自動調整バルブ１１を制御して共通排気ライン４ｅから排気されるガスの流量を調整する。
こうして、処理室２のロードロックエリアＡ側に被処理体１００を移動する際、および被処理体１００を処理室２外に搬出する際に、給排気されるガスの流量を調整することにより、処理室２内の処理雰囲気の圧力、酸素濃度などの状態の変動を抑制することができる。

以後、前記と同様に他の被処理体１００を搬入して同様の処理を行うことができる。上記のように、処理が完了した被処理体１００を処理室２外に搬出する際には、処理室２内の処理雰囲気の状態の変動が抑制されているため、処理室２内の処理雰囲気の調整を短時間で行うことができる。したがって、他の被処理体１００の処理を短時間で開始することができる。

また、上記のようにレーザ処理装置が動作している間、制御部１４は、デジタル差圧計１３により、共有排気ライン１２との接続端側における共通排気ライン４ｅ内の圧力の変動を常時監視する。常時監視において、制御部１４は、デジタル差圧計１３により測定された共有排気ライン１２との接続端側における共通排気ライン４ｅ内の圧力の変動が所定の閾値を超えると、処理室２内におけるレーザ照射処理を中止する制御を行う。レーザ照射処理は、レーザ発振器１５から出力されたレーザ光１５ａをシャッタ（不図示）により遮断するなどして中止される。レーザ照射処理を中止する制御を行う基準となる圧力変動の閾値については、処理室２内の圧力がレーザ照射処理に不適となる圧力の変動をデジタル差圧計１３により予め測定しておき、該測定値を閾値として用いることができる。ただし、閾値の設定がこれに限定されるものではない。こうして、共有排気ライン１２との接続端側における共通排気ライン４ｅ内の圧力の変動に応じてレーザ照射処理を中止する制御を行うことにより、レーザ照射処理における不良発生率を確実に低減することができる。

なお、上記実施形態では、仕切壁などによりロードロックエリアＡが画定されていたが、該仕切壁の構成は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の構成とすることができる。また、ロードロックエリアＡは、必ずしも設けられていなくてもよい。
また、上記実施形態では、デジタル差圧計５、１０、１３により各部の差圧を測定するものについて説明したが、これらデジタル差圧計に代えて、種々の圧力測定手段を用いることができる。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。

２ 処理室
３ 給気ライン
４ 排気ライン
４ｂ 小容量排気ライン
４ｃ 大容量排気ライン
４ｅ 共通排気ライン
５ デジタル差圧計
６ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
７ 自動調整バルブ
１０ デジタル差圧計
１１ 自動調整バルブ
１２ 共有排気ライン
１３ デジタル差圧計
１４ 制御部
１５ レーザ発振器
１５ａ レーザ光
１００ 被処理体
Ａ ロードロックエリア
Ｂ レーザ光照射エリア

Claims (5)

1. 被処理体が収容され、該被処理体に対するレーザ照射処理がなされる処理室と、
   前記処理室内にガスを給気する給気ラインと、
   前記給気ラインにおける前記給気を調整する給気調整部と、
   前記処理室内からガスを排気する排気ラインと、
   前記排気ラインにおける前記排気を調整する処理側排気調整部と、
   前記処理室内の圧力を測定する処理室圧力測定部と、
   前記処理側排気調整部の下流側における前記排気ライン内の圧力を測定する排気圧力測定部と、
   前記排気圧力測定部による測定位置の下流側で前記排気ラインの排気を調整する下流側排気調整部と、を有し、
   前記排気圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記下流側排気調整部を制御して、前記処理側排気調整部と前記下流側排気調整部との間の前記排気ライン内の圧力を所定の圧力に調整し、前記処理室圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記給気調整部および前記処理側排気調整部の一方または両方を制御して、前記処理室内の圧力を所定の圧力に調整する制御部と、を有することを特徴とするレーザ処理装置。
2. 被処理体が収容され、該被処理体に対するレーザ照射処理がなされる処理室と、
   前記処理室内にガスを給気する給気ラインと、
   前記給気ラインにおける前記給気を調整する給気調整部と、
   前記処理室内からガスを排気する排気ラインと、
   前記排気ラインにおける前記排気を調整する処理側排気調整部と、
   前記処理室内の圧力を測定する処理室圧力測定部と、
   前記処理室圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記給気調整部および前記処理側排気調整部の一方または両方を制御して、前記処理室内の圧力を調整する制御部と、
   前記処理室内で移動可能で、前記被処理体が設置されて該被処理体に対し前記レーザ処理が行われるステージと、を有し、
   前記処理室に、ロードロックエリアとレーザ照射エリアとを有し、前記ステージは、前記移動に伴って、一時的に前記ロードロックエリアの一部の仕切壁を構成することを特徴とするレーザ処理装置。
3. 前記処理室が、ロードロックエリアとレーザ照射エリアとを有し、前記給気ラインと前記排気ラインとは、前記ロードロックエリアおよび前記レーザ照射エリアの少なくとも一方に個別に接続されており、前記処理室圧力測定部は、前記接続がされた前記ロードロックエリアおよび前記レーザ照射エリアの一方または両方の圧力を個別に測定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ処理装置。
4. 前記処理側排気調整部の下流側における前記排気ライン内の圧力を測定する排気圧力測定部と、前記排気圧力測定部による測定位置の下流側で前記排気ラインの排気を調整する下流側排気調整部と、を有し、
   前記制御部は、前記排気圧力測定部の測定結果を受け、該測定結果に基づき、前記下流側排気調整部を制御して、前記処理側排気調整部と前記下流側排気調整部との間の前記排気ライン内の圧力を調整することを特徴とする請求項２に記載のレーザ処理装置。
5. 前記排気ラインが施設側排気系統の共有排気ラインに接続されており、
   前記共有排気ラインとの接続端側における前記排気ライン内の圧力を測定する共有排気側圧力測定部を有し、
   前記制御部は、前記共有排気側圧力測定部の測定結果を受け、測定された前記排気ライン内の圧力の変動が所定の閾値を超えたときに前記レーザ照射処理を中止する制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ処理装置。

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