(57)【要約】【課題】レーザ結晶化装置において、光装置面積や装置重量の増加を低減し、レーザ光の集光位置のずれを解消し、照射パワーの不均一さを解消する。【解決手段】レーザ光を基板上で二次元的に走査させる際に、基板の移動と光学系の移動の２つの移動に分け、基板の移動については基板の走査方向（例えば、Ｘ方向）に沿った連続的なスキャン移動で行い、光学系の移動については走査方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）の間欠的なステップ移動で行う構成とする。レーザ光の走査をスキャン動作とステップ動作の２つの動作で行う構成とすることで、基板を搬送するステージの移動方向は一走査方向（例えば、Ｘ方向）のみとなるため、ステージが移動することによる移動範囲を縮小することができ、ステージをＸ方向およびＹ方向の２つの走査方向とする構成と比較して移動範囲を約１／２とすることができる。【選択図】図１
2010141190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するステージと、
前記ステージに向けてレーザ光を射出する光学系と、
前記ステージを前記レーザ光の走査方向に沿って連続的に往復自在にスキャン移動するステージスキャン機構と、
前記光学系を前記走査方向と直交する方向に間歇的に所定ステップ幅でステップ移動する光学系ステップ送り機構とを備え、
前記ステージスキャン機構によるステージのスキャン移動と前記光学系ステップ送り機構による光学系のステップ移動とによってレーザ光を基板上に二次元的に照射して基板を結晶化することを特徴とする、レーザ結晶化装置。
【請求項２】
前記光学系ステップ送り機構は、
前記光学系をステージの上方位置において前記走査方向と直交する方向に延びた桁部材を有するガントリと、
前記ガントリの桁部材上にスライド移動自在に取り付けられた光学系をステップ移動するステップ駆動部とを備え、
前記ステップ駆動部のステップ移動によって光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動させることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ結晶化装置。
【請求項３】
前記光学系ステップ送り機構は、
前記光学系をステージの上方位置において前記走査方向と直交する方向に延びた桁部材を有するガントリと、
前記ガントリの桁部材をステップ移動するステップ駆動部とを備え、
前記ガントリの桁部材の所定位置に前記光学系を固定し、ステップ駆動部のステップ移動による前記ガントリの移動によって光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動させることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ結晶化装置。
【請求項４】
前記ステージスキャン機構と前記光学系ステップ送り機構との駆動を制御する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、前記ステージスキャン機構の移動方向を反転させる動作の間に、前記光学系ステップ送り機構にあらか定められたステップ幅の移動量だけステップ移動させることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載のレーザ結晶化装置。
【請求項５】
前記光学系は、レーザ光源又は、光ファイバを介してレーザ光源と接続されたレーザ射出部であ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レーザ結晶化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ結晶化装置に関し、非単晶質半導体薄膜にレーザ光を用いて溶融し結晶化させる結晶化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
薄膜トランジスタの形成は、非単結晶半導体薄膜の結晶化して結晶化半導体膜を生成する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、結晶化するレーザ結晶化技術が知られている。
【０００４】
レーザ結晶化技術において、照射光としてエキシマレーザ光を用いるものと、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を用いるものが知られている。
【０００５】
エキシマレーザ光を用いたレーザ結晶化において、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。
【０００６】
エキシマレーザ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、安価なガラス基板の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。
【０００７】
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光（ＣＷレーザ光）を用いたレーザ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。
【０００８】
また、エキシマパルスレーザ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、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を用いてレーザアニール結晶化は、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）。
【０００９】
エキシマレーザやＣＷレーザ等を使用した結晶化装置において、レーザ光を処理対象の基板上でスキャン（走査）照射する手法として、処理対象を搭載した搬送ステージをＸＹ方向に駆動する機構や、レーザ光自体をガルバノミラー等によって振る機構が知られている。
【特許文献１】特開２００５−１６７０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
処理対象の基板を搭載した搬送ステージをＸＹ方向に駆動するステージ機構によって、レーザ光を基板上でスキャン照射させる場合には、搬送ステージの駆動範囲が少なくとも基板サイズの４倍のスペースが必要となるため、基板サイズの大型化に伴って装置面積が巨大化し装置重量が増加するという課題がある。
【００１１】
図９は、従来の搬送ステージの駆動範囲を説明するための図である。図９において、基板３０はＸＹ搬送ステージ１３上に載置され、レーザ光源２１は固定されたガントレ（構台）に取り付けられている。レーザ光の照射は、固定されたレーザ光源２１に対して、基板３０を搭載してＸＹ搬送ステージ１３をＸ方向およびＹ方向に移動させることによって行う。基板３０の全面にレーザ光を照射するには、ＸＹ搬送ステージ１３は図中の１３ａ〜１３ｄの範囲を移動する必要があり、少なくとも基板サイズの４倍のスペースが必要となる。
【００１２】
また、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
一方、レーザ光を振ることによって基板上でスキャン照射させる場合には、基板上において照射速度のムラやレーザ光の集光位置の基板表面からのずれによって、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。
【００１６】
図１０は、レーザ光の照射速度のムラ、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。
【００１７】
図１０において、点ａの位置でレーザ光を等角速度で振ることによって基板上にレーザ光を照射すると、照射されたレーザ光の基板上の移動速度は等速度とならず、中央部（図中のａ位置）の速度は遅くなり、周辺部側（図中のｃ位置）の速度は速くなる。このように、基板上においてレーザ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。
【００１８】
また、照射されたレーザ光の集光位置は必ずしも基板上とならない。集光位置を中央部（図中のａ位置）にあわせると、周辺部側（図中のｃ位置）では基板上で集光せず、集光位置は基板の前方位置（図中のｂ位置）となる。一方、集光位置を周辺部側にあわせると、中央部では集光位置は基板の後方位置となる（図示していない）。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てレーザ光の照射パワーが不均一となり、均質な結晶化が望めなくなる。
【００１９】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、レーザ光照射による結晶化装置において、装置面積の巨大化や装置重量の増大化と、レーザ光の集光位置のずれや照射パワーの不均一といった課題を解決し、装置面積や装置重量の増加を低減し、レーザ光の集光位置のずれを解消し、照射パワーの不均一さを解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、レーザ光を基板上で二次元的に走査させる際に、基板の移動と光学系の移動の２つの移動に分け、基板の移動については基板の走査方向（例えば、Ｘ方向）に沿った連続的なスキャン移動で行い、光学系の移動については走査方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）の間欠的なステップ移動で行う構成とする。レーザ光の走査をスキャン動作とステップ動作の２つの動作で行う構成とすることで、基板を搬送するステージの移動方向は一走査方向（例えば、Ｘ方向）のみとなるため、ステージが移動することによる移動範囲を縮小することができ、ステージをＸ方向およびＹ方向の２つの走査方向とする構成と比較して移動範囲を約１／２とすることができる。
【００２１】
また、本発明は、レーザ光を射出する光学系をガントリに設け、このガントリに対して光学系を移動する構成、あるいは光学系を取る付けたガントリを移動させる構成とする。この構成とすることによって、光学系とステージとの位置関係は移動動作によって変化せず一定に保持されるため、焦点位置のずれの発生を抑制し、レーザ照射パワーの均一化を図ることができる。
【００２２】
また、ステージの折り返し動作する間に光学系のステップ移動を行うことができるため、走査に要するプロセスタクト時間を短縮することができる。
【００２３】
本発明のレーザ結晶化装置は、基板を載置するステージと、ステージに向けてレーザ光を射出する光学系と、ステージをレーザ光の走査方向に沿って連続的に往復自在にスキャン移動するステージスキャン機構と、光学系を走査方向と直交する方向に間歇的に所定ステップ幅でステップ移動する光学系ステップ送り機構とを備える。
【００２４】
本発明のレーザ結晶化装置は、ステージスキャン機構によるステージのスキャン移動と光学系ステップ送り機構による光学系のステップ移動とによって、レーザ光を基板上に二次元的に照射して基板を結晶化する。
【００２５】
本発明の光学系ステップ送り機構は、光学系をステージの上方位置において走査方向と直交する方向に延びた桁部材を有するガントリとステップ駆動部とを備える。
【００２６】
光学系ステップ送り機構の一形態は、ガントリの桁部材上には光学系がスライド移動自在に取り付けられ、ステップ駆動部はこの光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動する。
【００２７】
光学系ステップ送り機構の別の形態は、ガントリの桁部材の所定位置に光学系が固定されて取り付けられ、ステップ駆動部はこのガントリを走査方向と直交する方向にステップ移動することによって光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動する。
【００２８】
本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構とは駆動制御部によって駆動制御される。駆動制御部は、ステージスキャン機構の移動方向を反転させる動作の間に、光学系ステップ送り機構にあらか定められたステップ幅の移動量だけステップ移動させる。これによって、ステージの折り返し動作する間に光学系をステップ移動させ、走査に要するプロセスタクト時間を短縮する。
【００２９】
本発明のガントリに取り付ける光学系は、レーザ光源又は、光ファイバを介してレーザ光源と接続されたレーザ射出部とすることができる。レーザ射出部をガントリに取り付ける場合には、レーザ射出部をガントリに対して移動させたり、あるいはレーザ射出部を取り付けたガントリ自体を移動させた際にレーザ射出部とレーザ光源との位置関係が変化するが、レーザ射出部とレーザ光源とは光ファイバ等の光導体で接続されているため、移動による支障を回避することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、装置面積や装置重量の増加を低減することができる。また、レーザ光の集光位置のずれを解消し、照射パワーの不均一さを解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
図１は本発明のレーザ結晶化装置の構成例を説明するための概略図である。
【００３３】
図１において、本発明のレーザ結晶化装置１は、処理対象の基板３０を載置する基板ステージ１０と、基板ステージ１０に向けてレーザ光を射出する光学系２０と、基板ステージ１０が備える搬送ステージ１１（Ｘステージ）をレーザ光の走査方向に沿って連続的に往復自在にスキャン移動するステージスキャン機構２と、光学系２０を走査方向と直交する方向に間歇的に所定ステップ幅でステップ移動する光学系ステップ送り機構３とを備える。
【００３４】
レーザ結晶化装置１は、ステージスキャン機構２による搬送ステージ１１のスキャン移動と光学系ステップ送り機構３による光学系２０のステップ移動とによって、レーザ光を基板３０上に二次元的に照射して基板３０をアニールさせて結晶化する。なお、基板ステージ１０は、載置した基板３０を搬送する搬送ステージ１１の他に、載置した基板３０の高さを変更するＺステージ１２を備える構成としてもよい。
【００３５】
ステージスキャン機構２は、搬送ステージ１１をスキャン移動するスキャン駆動部２ａを備える。このスキャン駆動部２ａは、レーザ光の走査方向に沿って連続的に搬送ステージ１１をスキャン移動する他、搬送ステージ１１の移動方向を反転させることができ、搬送ステージ１１の移動方向を反転させることによって搬送ステージ１１を往復移動させることができる。  
【００３６】
ステージスキャン機構２によって搬送ステージ１１をスキャン移動させる間に、光学系２０から出射されたレーザ光は、搬送ステージ１１上に搭載された基板３０の上において、走査方向に沿ってレーザ光を走査し結晶化を行う。
【００３７】
光学系ステップ送り機構３は、光学系２０を搬送ステージ１１の上方位置において走査方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に延びた桁部材３ｃを有するガントリ３ｂと、光学系２０を走査方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）にステップ移動するステップ駆動部３ａとを備える。
【００３８】
搬送ステージ１１は、ステージスキャン機構２によって一方の端部に移動した後、移動方向を同じ走査方向（Ｘ方向）上で反転させる。この時、光学系ステップ送り機構３は、光学系２０を走査方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に予め定めたスキャン幅分だけステップ移動する。このステップ移動によって、光学系２０は次の走査ライン上に対するレーザ光の照射の準備ができ、再びステージスキャン機構２によって前回の走査と反対側の移動方向に搬送ステージ１１を移動する。この搬送ステージ１１の移動によって、基板３０には前回のレーザ光の走査ラインと隣接する走査ライン上のレーザ光が照射されることになる。
【００３９】
本発明は、光学系ステップ送り機構３のステップ駆動部３ａとして２つの形態を備える。
【００４０】
光学系ステップ送り機構３のステップ駆動部３ａの第１の形態は光学系２０をステップ移動させる構成である。この第１の形態では、光学系２０はガントリ３ｂの桁部材３ｃ上にスライド移動自在に取り付けられる。ステップ駆動部３ａは、桁部材３ｃに沿って光学系２０を所定のステップ幅でステップ移動する。
【００４１】
ステップ駆動部３ａのステップ移動の移動方向は、ステージスキャン機構２による走査方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）であり、この方向に予め定められたステップ幅に分だけステップ移動させる。
【００４２】
光学系ステップ送り機構３のステップ駆動部３ａの第２の形態はガントリ３ｂと共に光学系２０をステップ移動させる構成である。この第２の形態では、光学系２０はガントリ３ｂの桁部材３ｃ上に固定して取り付けられる。ステップ駆動部３ａは、ガントリ３ｂを所定のステップ幅でステップ移動することによって、ガントリ３ｂの桁部材３ｃに取り付けられた光学系２０をステップ移動する。
【００４３】
ステップ駆動部３ａのステップ移動の移動方向は、第１の形態と同様に、ステージスキャン機構２による走査方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）であり、この方向に予め定められたステップ幅に分だけステップ移動させる。
【００４４】
ステージスキャン機構２のスキャン駆動部２ａは、各軸ドライバ６から出力された駆動信号を受けて搬送ステージ１１を移動する。各軸ドライバ６は、駆動制御部５からの制御信号によって制御される。
【００４５】
また、各軸ドライバ６は、搬送ステージ１１の他にＺステージ１２を駆動する駆動信号を出力し、図示しない駆動部によってＺステージ１２の高さ調整を行う。Ｚステージ１２の高さ調整によって、レーザ光の焦点位置を基板３０の表面に位置合わせすることができる。なお、このＺステージ１２による高さ調整はレーザ光の走査動作には必ずしも必要ではなく、レーザ光の焦点位置の位置合わせは光学系（図示していない）によって調整することができる。
【００４６】
また、光学系スキャン送り機構３のステップ駆動部３ａは、駆動制御部５からの制御信号によって制御される。
【００４７】
駆動制御部５、ステージスキャン機構２の移動方向を反転させる動作を制御すると共に、この反転動作の間に、光学系ステップ送り機構３にあらか定められたステップ幅の移動量だけステップ移動させる動作を制御する。これによって、駆動制御部５は、ステージスキャン機構２のスキャン駆動部２ａと光学系ステップ送り機構３のステップ駆動部３ａの駆動を制御し、基板３０上に対してレーザ光をＸＹ方向の二次元的に照射する。
【００４８】
駆動制御部５は上位制御部４によって制御される。上位制御部４は、駆動制御部５を制御する他に、レーザ結晶化装置の全体の動作を制御する。
【００４９】
また、光学系２０は、レーザ光源２１又は、光ファイバ（図示していない）を介してレーザ光源と接続されたレーザ光射出部２２とすることができる。
【００５０】
図２は、本発明のレーザ結晶化装置によるレーザ光の走査を説明するための図である。図２（ａ）はステージスキャン機構２によるスキャン移動および光学系ステップ送り機構３によるステップ移動を示し、図２（ｂ）は基板３０上のレーザ光の軌跡を示している。
【００５１】
図２（ａ）は、図中の横方向をステージスキャン方向ａ（Ｘ方向）とし、縦方向をステップ送り方向ｂ（Ｙ方向）とする例を示している。
【００５２】
ステージスキャン機構２によって搬送ステージ１１をステージスキャン方向ａ１にスキャン移動する。このとき光学系２０は固定されているため、スキャン移動によって、光学系２０からの出射されたレーザ光は基板３０上を搬送ステージ１１の移動方向と反対方向（図中のＡ１方向）に移動することになる。
【００５３】
搬送ステージ１１を一方の端部までスキャンさせる間に、一ライン上でレーザ光を走査することができる。搬送ステージ１１が一方の端部に達することによって、一ライン上のレーザ光の走査が完了する。端部位置において、光学系ステップ送り機構３は光学系２０を図２（ａ）中の下方方向（図２（ａ）中のｂ方向）にステップ移動する。このステップ動作によって、光学系２０からの出射されたレーザ光は基板３０上を光学系２０の移動方向と同じ方向（図中のＢ方向）にステップ移動する。このステップ移動によって、光学系２０はレーザ光を次のライン上で走査する準備が完了する。
【００５４】
この後、ステージスキャン機構２によって搬送ステージ１１をステージスキャン方向ａ２にスキャン移動する。このスキャン移動によって、光学系２０からの出射されたレーザ光は基板３０上を搬送ステージ１１の移動方向と反対方向（図中のＡ２方向）に移動することになる。
【００５５】
上記したステージスキャン機構２による搬送ステージ１１のスキャン移動と、光学系ステップ送り機構３による光学系２０のステップ移動を繰り返すことによって、基板３０上にレーザ光を二次元的に走査する。
【００５６】
次に、本発明のステージスキャン機構２と光学系ステップ送り機構３の構成例について図３〜図６を用いて説明し、動作例について図７のフローチャートおよび図８のタイミング図を用いて説明する。なお、図３，４は第１の構成例を示し、図５，６は第２の構成例を示している。
【００５７】
はじめに、本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第１の構成例について説明する。
【００５８】
図３はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第１の構成例の概略斜視図を示している。ステージスキャン機構２Ａは、搬送ステージ１１をＸ方向にスキャン移動させるスキャン駆動部２ａを備える。光学系ステップ送り機構３Ａは、Ｘ方向と直交するＹ方向に延びた桁材部３ｃを含むガントリ３ｂが搬送ステージ１１の上方位置に設置され、この桁材部３ｃにはＹ方向にステップ移動を自在とするステップ駆動部３ａが設けられている。桁材部３ｃは、搬送ステージ１１との距離が一定となるように設置される。
【００５９】
光学系２０は、搬送ステージ１１上に載置された処理対象である基板３０上にレーザ光を射出する機構であり、レーザ光源２１あるいはレーザ光射出部２２とすることができる。
【００６０】
図３（ａ）は光学系２０をレーザ光源２１によって構成した例を示し、図３（ｂ）は光学系２０をレーザ光射出部２２によって構成した例を示している。レーザ光源２１は図示しない電源によってレーザ光を射出する。レーザ光射出部２２は図示しないレーザ光源から送光されたレーザ光を光ファイバ２３を介して受光して射出する。
【００６１】
光学系２０は、ステップ駆動部３ａによってガントリ３ｂの桁材部３ｃに沿ってＹ方向にステップ移動する。光学系２０は桁材部３ｃに沿って移動することによって、搬送ステージ１１との距離は一定に保持される。これにより、光学系２０から射出されたレーザ光の焦点位置は、ステップ移動に関わらず常に基板３０上とすることができる。
【００６２】
また、このステップ移動では予め定められたステップ幅で移動する。このステップ幅は、レーザ光を走査において隣接する走査ライアとの距離間隔に定めることができる。
【００６３】
図４はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第１の構成例の概略平面図を示している。搬送ステージ１１はステージスキャン機構２ＡによってＸ方向にスキャン移動し、光学系２０は光学系ステップ送り機構３ＡによってＹ方向にステップ移動する。搬送ステージ１１のＸ方向のスキャン移動と、光学系２０のＹ方向のステップ移動とによって、搬送ステージ１１上に載置された基板３０上にレーザ光を二次元的に照射する。
【００６４】
次に、本発明のステージスキャン機構２と光学系ステップ送り機構３の第２の構成例について説明する。
【００６５】
図５はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第２の構成例の概略斜視図を示している。ステージスキャン機構２Ｂは、前記したステージスキャン機構２Ａと同様に構成であり、搬送ステージ１１をＸ方向にスキャン移動させるスキャン駆動部２ａを備える。光学系ステップ送り機構３Ｂは、Ｘ方向に延びた桁材部３ｃを含むガントリ３ｂが搬送ステージ１１の上方位置に設置され、この桁材部３ｃには光学系２０が固定されている。ガントリ３ｂは、ステップ駆動部３ａによってＸ方向と直交するＹ方向にステップ移動を自在としている。桁材部３ｃは、搬送ステージ１１との距離が一定となるように設置される。
【００６６】
光学系２０は、前記したステージスキャン機構２Ａと同様に、搬送ステージ１１上に載置された処理対象である基板３０上にレーザ光を射出する機構であり、レーザ光源２１あるいはレーザ光射出部２２とすることができる。
【００６７】
レーザ光源２１を設置した構成では、図示しない電源によってレーザ光を射出し、レーザ光射出部２２を設置した構成では、図示しないレーザ光源から送光されたレーザ光を光ファイバを介して受光して射出する。
【００６８】
光学系２０は、ステップ駆動部３ａによってガントリ３ｂと共にＹ方向にステップ移動する。光学系２０は桁材部３ｃ上に固定された状態で移動することによって、搬送ステージ１１との距離は一定に保持される。これにより、光学系２０から射出されたレーザ光の焦点位置は、ステップ移動に関わらず常に基板３０上とすることができる。
【００６９】
また、このステップ移動では予め定められたステップ幅で移動する。このステップ幅は、レーザ光を走査において隣接する走査ライアとの距離間隔に定めることができる。
【００７０】
図６はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第２の構成例の概略平面図を示している。搬送ステージ１１はステージスキャン機構２ＢによってＸ方向にスキャン移動し、光学系２０は光学系ステップ送り機構３ＢによってＹ方向にステップ移動する。搬送ステージ１１のＸ方向のスキャン移動と、光学系２０のＹ方向のステップ移動とによって、搬送ステージ１１上に載置された基板３０上にレーザ光を二次元的に照射する。
【００７１】
次に、図７を用いて本発明のレーザ結晶化装置によるレーザ光の走査動作例を説明する。
【００７２】
はじめに、搬送ステージ上に基板を搭載し（S1）、搬送ステージと光学系を初期位置に移動する。初期位置への移動は、駆動制御部から出力される指令信号に基づいて行うことができる。駆動制御部は、搬送ステージの初期位置、処理対象である基板の基板サイズ、照射するレーザ光の間隔、レーザ光の走査速度等のレーザ光を基板上に走査する際の各種データを記憶部（図示していない）に格納しておき、このデータに基づいて初期位置の位置座標、搬送ステージを折り返す位置座標、スキャン速度、ステップ幅等の各値を算出し、スキャン駆動部の駆動信号、ステップ駆動部の駆動信号等の各部を制御する信号を生成する(S2)。
【００７３】
搬送ステージと光学系を初期位置に移動した後、光学系の位置を固定した状態で搬送ステージのスキャン移動を開始する。搬送ステージのスキャン動作を開始した後は、搬送ステージが移動して、レーザ光が基板を照射する位置となるまでレーザ光の基板への照射を停止しておき、照射領域以外の箇所にレーザ光が照射されないようにして、レーザ光による基板や装置の損傷を防ぐ。このレーザ光の照射の停止制御は、例えば、シャッタによってレーザ光の光路を遮断する他、ミラーによってレーザ光をダミー材に導くなどの処理によって、レーザ光が照射領域外への照射を停止することで行うことができる(S3)。
【００７４】
搬送ステージが所定位置に達した後（S4）、レーザ光の基板上への照射を開始する。このレーザ光の照射開始は、例えば、遮断していたシャッタを開放する他、ミラーによってレーザ光をダミー材から基板側に導くなどの処理によって行うことができる(S5)。
【００７５】
光学系の位置を固定した状態で搬送ステージのスキャン動作を続けることで、基板上のＸ方向の一ライン上においてレーザ光が照射されて走査される。このレーザ光の照射を基板有効エリア内で続行する。基板有効エリアは、基板内において結晶化を行う領域であり、スキャン移動ではレーザ光を照射するラインによって定められる。スキャン動作によって基板の有効エリアでありラインの端部を過ぎた後（S6）、搬送ステージが折り返し位置に達すると（S7）、搬送ステージの移動方向を反転させる折り返し動作を行うと共に、光学系をステップ移動させて、次のライン上においてレーザ光を照射する準備を行う(S8)。
【００７６】
上記S6の基板有効エリアとS7の折り返し位置とを別に設けた理由は、基板有効エリア内では搬送ステージを等速速度でスキャン移動させ、基板有効エリアを外れた後に減速させる必要があり、また折り返した後に搬送ステージを加速させて所定の搬送速度に達するまでに所定距離が必要であるからである。基板有効エリアの位置と折り返しの位置は、駆動制御部からの制御信号に基づいて判定する他、位置センサを用いて検出してもよい。
【００７７】
S8において、搬送ステージの折り返し動作と光学系のステップ移動の動作が完了した後(S9)、基板上のレーザ光の全走査が完了するまでS6〜S9の工程を繰り返す。レーザ光の全走査が完了したか否かは、搬送ステージの位置と光学系の位置が最終位置に達したか否かで判定することができ、この判定は駆動制御部からの制御信号に基づいて判定する他、位置センサを用いて検出してもよい(S10)。
【００７８】
次に、図８を用いて搬送ステージと光学系の動作および位置の関係を説明する。図８（ａ）は搬送ステージのスキャン動作を示し、図８（ｂ）は搬送ステージの反転動作を示し、図８（ｃ）は搬送ステージの位置を示している。また、図８（ｄ）は光学系のステップ動作を示し、図８（ｅ）は光学系の位置を示している、図８（ｆ）はレーザ光の照射を示している。
【００７９】
搬送ステージは、スキャン動作によるＸ方向の一ライン分の移動と（図８（ａ））、反転動作（図８（ｂ））とを繰り返す。この繰り返しにおいて、搬送ステージの位置（図８（ｃ））はスキャン動作によって直線的に増加した後に反転動作を行い、次のスキャン動作によって直線的に減少する。この動作を繰り返すことによって、基板上の全面にレーザ光を走査する。
【００８０】
光学系は、搬送ステージが反転動作を行っている間にステップ動作によってＹ方向に一ステップ分だけ移動する（図８（ｄ））。このステップ動作によって、Ｙ方向の位置はステップ幅を単位として階段状に増加する（図８（ｅ））。
【００８１】
レーザ光の照射は、搬送ステージがスキャン動作する間に設定されるレーザ光照射範囲内で行われる。このレーザ光照射範囲は、例えば搬送ステージが、スキャン動作の動作開始時と動作停止時における加減速範囲を除いて定速範囲となる部分で設定することができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明のレーザ結晶化装置の構成例を説明するための概略図である。
【図２】本発明のレーザ結晶化装置によるレーザ光の走査を説明するための図である。
【図３】本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第１の構成例を説明するための斜視図である。
【図４】本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第１の構成例を説明するための平面図である。
【図５】本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第２の構成例を説明するための斜視図である。
【図６】本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第２の構成例を説明するための平面図である。
【図７】本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の動作を説明するためのタイミング図である。
【図９】従来の搬送ステージの駆動範囲を説明するための図である。
【図１０】レーザ光の照射速度のムラ、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】
【００８５】
１…レーザ結晶化装置、２…ステージスキャン機構、２Ａ…ステージスキャン機構、２Ｂ…ステージスキャン機構、２ａ…スキャン駆動部、３，３Ａ，３Ｂ…光学系ステップ送り機構、３ａ…ステップ駆動部、３ｂ…ガントリ、３ｃ…桁材部、４…上位制御部、５…駆動制御部、６…各軸ドライバ、１０…基板ステージ、１１…搬送ステージ、１２…Ｚステージ、１３…ＸＹ搬送ステージ、２０…光学系、２１…レーザ光源、２２…レーザ光射出部、２３…光ファイバ、３０…基板。
【図２】
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【図７】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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