(57)【要約】      （修正有）【課題】ステージを駆動する駆動機構に対する負荷量を調整して安定した負荷量とし、これによって、ステージ駆動を安定化させる。【解決手段】ステージ３に設けた微細な孔を通して吸気することによって、ステージを定盤２に対して吸引させ、ステージを駆動する駆動機構に対する負荷を発生させる。これにより、ステージは定盤に対して非接触となるため、摩耗による負荷力や静止特性の変動や、摩耗物による汚染の問題を解消する。定盤上に配置するステージを２次元平面内で駆動機構によりステージ駆動する方法であり、定盤面と対向する面から定盤面に対して気体を放出することによってステージを定盤上に浮上支持するとともに、定盤面との対向面から吸気することによってステージを定盤に対して吸引させる。この吸引を調整することによって、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。【選択図】図４
2008288521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤上に配置するステージを２次元平面内で駆動機構により駆動する方法であって、
前記ステージは、定盤面と対向する面から定盤面に対して気体を放出することによってステージを定盤上に浮上支持するとともに、定盤面との対向面から吸気することによってステージを定盤に対して吸引し、
前記吸引を調整することによって、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整することを特徴とする、ステージ駆動方法。
【請求項２】
前記吸気は排気ポンプにより行い、ステージと排気ポンプとの間の配管のコンダクタンスにより吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整することを特徴とする、請求項１に記載のステージ駆動方法。
【請求項３】
前記吸気は、主流路を流れる圧縮空気により副流路で生じるベルヌーイ吸引により行い、前記圧縮空気の噴き出し量の増減により吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整することを特徴とする、請求項１に記載のステージ駆動方法。
【請求項４】
定盤上に配置するステージを２次元平面内で位置制御する位置制御装置であり、
定盤面に対して気体を放出することによってステージを定盤上に浮上支持するエアベアリングを定盤面と対向する面に有するステージと、
前記ステージを２次元平面内で駆動する駆動機構と、
前記ステージの位置座標を検出する位置検出部と、
定盤面と対向するステージの面において吸気によってステージを定盤に対して吸引する吸引機構と、
前記位置検出部で検出した位置座標に基づいて前記駆動機構を制御する制御部とを備え、
前記吸引機構は、定盤面との対向するステージ面において吸気することによってステージを定盤に対して吸引し、当該吸引を調整することによって、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整することを特徴とする、位置制御装置。
【請求項５】
前記吸引機構は、ステージの定盤との対向面において、定盤に向かって所定の高さに突出した脚部を有し、当該脚部はステージ内に設けた配管と接続する複数の微小開口部を有することを特徴とする、請求項４に記載の位置制御装置。
【請求項６】
ステージに設けた吸引機構の吸気を行う排気ポンプと、
当該排気ポンプとステージに設けた吸引機構との間を接続する配管にオリフィスを備え、
前記吸引機構は、前記排気ポンプの吸気によってステージを吸引し、
前記オリフィスによる配管のコンダクタンスにより吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整することを特徴とする、請求項４又は５に記載の位置制御装置。
【請求項７】
ステージに設けた吸引機構に一端を接続する副流路と、圧縮空気を流す主流路とを有する流路を備え、
前記吸引機構は、前記主流路を流れる圧縮空気により副流路を介して生じるベルヌーイ吸引によってステージを吸引し、
前記圧縮空気の噴き出し量の増減により吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整することを特徴とする、請求項４又は５に記載の位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板をＸＹ方向に移動自在に支持するステージの駆動方法、およびこのステージの位置制御を行う位置制御装置に関し、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装置、あるいは基板上の膜等に処理を施して電子デバイスを形成する製造方法や製造装置に適用することができるものである。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
現在、生産に供されているレーザー結晶化装置では、長尺ビーム（例えば、５００μｍ×３００ｍｍ）形状で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を採用している。しかしながら、この手法では、得られた半導体膜の結晶粒径が０．５μｍ以下と小さく、そのため、ＴＦＴのチャネル領域に結晶粒界が存在することになり、ＴＦＴの特性が抑制されるなど性能に限界がある。
【０００６】
このＴＦＴの性能を向上させるために、大きな結晶粒を有する高品質な半導体膜を製造する技術が要求されている。この要求を満足させる結晶化法として、各種のレーザー結晶化技術の中で、特に、位相変調して形成した逆ピークパターン状の光強度分布を有するエキシマレーザー光を非単結晶半導体薄膜に照射して結晶化する技術が注目されている。
【０００７】
前述し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手法をＥＬＡ技術と云うのに対して、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をＰＭＥＬＡ（Phase Modulated Excimer Laser Annealing：ＰＭＥＬＡ）技術と云い、所定の光強度分布を持つエキシマレーザー光を、非単結晶半導体薄膜に照射し、この半導体膜の照射部を溶融して、結晶化を行う。
【０００８】
所定の光強度分布を持つエキシマレーザー光は、位相変調素子等の光変調素子、例えば位相シフタ等の位相変調素子により入射レーザー光を位相変調させることにより得られる。非単結晶半導体薄膜は、例えば、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン若しくは多結晶シリコンの薄膜である。
【０００９】
現在開発されているＰＭＥＬＡ技術では、１回のエキシマレーザー光の照射で数ｍｍ角程度の大きさの領域を溶融・結晶化させる。この結晶化非単結晶半導体薄膜処理により、数μｍから１０μｍ程度の大きさで比較的一様な結晶粒を有する品質の優れた結晶化シリコン薄膜が形成されている（例えば、非特許文献１参照）。この手法で形成した結晶化シリコン薄膜に作成されたＴＦＴは、優れた電気特性を有することが示されている。
【００１０】
このＰＭＥＬＡ結晶化技術は、レーザー光の使用効率が高く、大粒径の結晶が得られるという優れた特徴を有する。しかしながら、安定した電気特性を得るためには結晶粒を高い精度で位置決めする必要がある。また、大面積の半導体膜を結晶化させるには、いわゆるステップ・アンド・リピート照射方式と呼ばれる、非単結晶半導体膜にレーザー光を照射後、次の照射位置までガラス基板を移動させ停止させた後再びレーザー光を照射する工程を繰り返す照射方式が用いられている。
【００１１】
ガラス基板はステージ上に載置し、このステージを駆動することによってレーザー光の照射位置を移動させている。
【００１２】
一般に、ステージが駆動する重量は、ステージ上に搭載する搭載物のサイズの３乗に比例して増加する。そのため、ステージ上に載置する被信号基板がガラス基板のように薄い肉厚の軽量基板の場合であっても、ステージを駆動するには大きな駆動トルクが必要となる。そのため、大型ステージは、エアシリンダによって定盤からの摩擦を減らし、リニアモータで大きな推進力を得る構成が用いられている。
【００１３】
位置制御機構では、移動指令を受けて即時に駆動する必要性から大きな駆動力を備えている。一方、このような位置制御機構では駆動トルクは大きいが、微小な位置ずれに対する制御特性が低い。そのため、ステージが数μｍレベルで振動して発振し、静止特性が低いという問題がある。
【００１４】
また、ステージに対して入出力する複数のケーブルを束ねたケーブルベアが接続されており、このケーブルベアはステージに対して負荷となり、ステージの位置決め精度や静止特性に影響を与える要因となっている。
【００１５】
このような問題に対して、例えば、ステージと定盤との間にターカイトのような低摩耗性部品を挟むとともに、バネ力によってステージを定盤に付勢することでステージに負荷を印加したり、あるいは、巻きワイヤによってステージに負荷を印加することによって、静止特性を向上させる方法が提案されている。
【００１６】
図５は従来の負荷印加機構を説明するための図である。図５（ａ）に示す位置制御機構１０１において、定盤１０２上に配置されるステージ１０３はステージ駆動部１０４に位置調整可能としている。図５（ｂ）に示す負荷印加機構は、ステージ１０３と定盤１０２との間にターカイト１０５とを配置し、バネ材１０６によってステージ１０３を定盤１０２に付勢する。また、図５（ｃ）に示す負荷印加機構は、ステージ１０３に巻きワイヤ１０７によってステージ１０３を定盤１０２に付勢する。
【非特許文献１】井上弘毅、中田充、松村正清；電子情報通信学会論文誌 Vol.J85-C,No.8, pp.624-629, 2002、「シリコン薄膜の振幅・位相制御エキシマ・レーザー溶融再結晶化方法−新しい２−Ｄ位置制御大結晶粒形成法−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
バネ材によってステージを定盤に付勢する構成では、ステージと定盤との間に挟み込むターカイト等の低摩耗性部品が摩耗し、摩耗の程度によって負荷力が変化し、静止特性が変化するという問題がある他、摩耗によって発生した摩耗物が基板に対して汚染物となるという問題があり、クリーンルームでの使用に適していないという問題がある。
【００１８】
また、巻きワイヤによってステージを定盤に付勢する構成では、静止摩擦係数と動摩擦係数が異なるため、ステージの負荷力が変化し、静止特性が変化するという問題がある。
【００１９】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、ステージを駆動する駆動機構に対する負荷量を調整して安定した負荷量とし、これによって、ステージ駆動を安定化させ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、ステージに設けた微細な孔を通して吸気することによって、ステージを定盤に対して吸引させ、ステージを駆動する駆動機構に対する負荷を発生させる。これにより、ステージは定盤に対して非接触となるため、摩耗による負荷力や静止特性の変動の問題や、摩耗物による汚染の問題を解消することができる。
【００２１】
本発明のステージ駆動方法は、定盤上に配置するステージを２次元平面内で駆動機構により駆動する方法であり、ステージは、定盤面と対向する面から定盤面に対して気体を放出することによってステージを定盤上に浮上支持するとともに、定盤面との対向面から吸気することによってステージを定盤に対して吸引させる。この吸引を調整することによって、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。
【００２２】
吸気の一態様は排気ポンプにより行う。排気ポンプによる吸気において、ステージと排気ポンプとの間の配管のコンダクタンスにより吸引を調整することができる。この吸引を調整することによって、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。
【００２３】
また、吸気の他の態様では、主流路を流れる圧縮空気により副流路で生じるベルヌーイ吸引により行う。ベルヌーイ吸引による吸引は、主流路を流れる圧縮空気の噴き出し量によって調整することができる。本発明は、圧縮空気の噴き出し量の増減により吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。
【００２４】
本発明の位置制御装置は、定盤上に配置するステージを２次元平面内で位置制御する位置制御装置であり、定盤面に対して気体を放出することによってステージを定盤上に浮上支持するエアベアリングを定盤面と対向する面に有するステージと、ステージを２次元平面内で駆動する駆動機構と、ステージの位置座標を検出する位置検出部と、定盤面と対向するステージの面において吸気によってステージを定盤に対して吸引する吸引機構と、位置検出部で検出した位置座標に基づいて駆動機構を制御する制御部とを備える。
【００２５】
吸引機構は、定盤面との対向するステージ面において吸気することによってステージを定盤に対して吸引し、この吸引を調整することによって、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。
【００２６】
本発明の吸引機構は、ステージの定盤との対向面において、定盤に向かって所定高さ突出した脚部を有し、この脚部はステージ内に設けた配管と接続する複数の微小開口部を有する。微小開口部を通して配管内に吸気することで微小開口部の近傍を減圧し、微小開口部と対向する定盤を吸引する。
【００２７】
ステージはエアベアリングによって定盤上に浮上支持されととともに、吸引機構によって定盤側に吸引されるため、ステージは定盤に対して非接触状態で吸引される。この吸引は、ステージを２次元方向に駆動する駆動機構に対して負荷として働き、ステージの静止特性に寄与する。
【００２８】
この吸引の程度は、エアベアリングがステージと定盤との間を排斥する方向の排斥力と、吸引機構がステージを定盤に吸引させる方向の吸引力とのバランスが寄与する。したがって、このエアベアリングによる排斥力と吸引機構による吸引力の両作用力、あるいは何れか一方の作用力を調整することで吸引の程度を調整することができる。
【００２９】
吸引機構の一形態は、排気ポンプによる排気を利用する形態である。この形態では、ステージに設けた吸引機構の吸気を行う排気ポンプと、この排気ポンプとステージに設けた吸引機構との間を接続する配管にオリフィスを備える。吸引機構は、排気ポンプの吸気によってステージを吸引する。この吸引機構では、配管が備えるオリフィスを調整することで配管のコンダクタンスを変え、このコンダクタンスにより吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。
【００３０】
また、吸引機構の他の一形態は、ベルヌーイ吸引を利用する形態である。この形態では、ステージに設けた吸引機構に一端を接続する副流路と、圧縮空気を流す主流路とを有する流路を備える。吸引機構は、主流路を流れる圧縮空気により副流路を介して生じるベルヌーイ吸引によってステージを吸引する。ベルヌーイ吸引は、主流路を流れる圧縮空気の流量に依存するため、圧縮空気の噴き出し量の増減により吸引を調整し、ステージを駆動する駆動機構の負荷を調整する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ステージを駆動する駆動機構に対する負荷量を調整して安定した負荷量とし、これによって、ステージ駆動を安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は本発明の位置制御装置１の構成を説明するための概略図である。図１において、本発明の位置制御装置１は、定盤２上にステージ３を２次元方向に移動自在に備える。ステージ３は、Ｘ方向に移動自在とするＸステージ３ａ、Ｙ方向に移動自在とするＹステージ３ｂを備える。Ｘステージ３ａはＸステージ駆動部４ａによってＸ方向に移動自在とし、Ｙステージ３ｂはＹステージ駆動部４ｂによってＹ方向に移動自在とする。Ｘステージ駆動部４ａおよびＹステージ駆動部４ｂは、例えば、リニアモータで構成することができる。
【００３４】
ステージ３は、定盤２上に浮上支持するためにエアベアリング１０と、定盤２に吸引するために吸引機構１１とを備える。エアベアリング１０は、ステージ３から定盤２の対向面に対して空気等の気体を排出することで行う。一方、吸引機構１１は、ステージ３の定盤２と対向する面において吸気することで行う。
【００３５】
エアベアリング１０および吸引機構１１は、吸気／排気機構１２によって行う。図１において、吸気／排気機構１２ａは、Ｘステージ３ａのエアベアリング１０ａから気体を排気してＸステージ３ａを浮上支持し、Ｘステージ３ａの吸引機構１１ａから吸気してＸステージ３ａを吸引する。また、Ｙステージ３ｂのエアベアリング１０ｂから気体を排気してＹステージ３ｂを浮上支持し、Ｙステージ３ｂの吸引機構１１ｂから吸気してＸステージ３ｂを吸引する。
【００３６】
なお、吸気／排気機構１２ａ，１２ｂを各ステージ３ａ，３ｂに設ける構成に限らず、ステージ３ａ，３ｂに対して１つの吸気／排気機構を設ける構成としてもよい。
【００３７】
また、ステージ３ａ，３ｂに対して１つの排気機構を設け、吸気機構を各ステージ３ａ，３ｂに設ける構成、あるいは、ステージ３ａ，３ｂに対して１つの吸気機構を設け、排気機構を各ステージ３ａ，３ｂに設ける構成としてもよい。
【００３８】
Ｘステージ駆動部４ａおよびＹステージ駆動部４ｂによるステージ駆動は制御部６によって制御することができる。また、制御部６は、吸気／排気機構１２の吸気および排気を制御することができる。
【００３９】
制御６によるＸステージ駆動部４ａおよびＹステージ駆動部４ｂの駆動制御は、位置検出部５で検出したステージ３ａ，３ｂの位置座標に基づいて行う。位置検出部５は、例えば、リニアスケールあるいはレーザー干渉測長計を用いてステージ３ａ，３ｂの位置座標を検出することができる。Ｘ方向位置検出部５ａはＸステージ３ａの位置座標を検出し、制御部６はこのＸステージ３ａの位置座標に基づいてＸステージ駆動部４ａを駆動する。また、Ｙ方向位置検出部５ｂはＹステージ３ｂの位置座標を検出し、制御部６はこのＹステージ３ｂの位置座標に基づいてＹステージ駆動部４ｂを駆動する。
【００４０】
図２、図３は位置制御装置が備えるステージの構成を説明するための概略斜視図である。位置制御装置１は、ステージ３を定盤２上に移動自在に配置する。図３に示す構成は、Ｘステージ３ａの上方にＹステージ３ｂを配置する。Ｘステージ３ａは定盤２に対してＸ方向に移動自在とし、Ｙステージ３ｂはＸステージ３ａの移動と干渉しないようにＹ方向に移動自在とする。図３に示す構成例では、Ｙステージ３ｂはＸステージ３ａを跨ぎ、Ｙ方向の両端の脚部で定盤２上に支持される。
【００４１】
Ｘステージ３ａおよびＹステージ３ｂは、定盤２と対向する面にエアベアリング１０と吸引機構１１を備える。エアベアリング１０は、ステージ側から定盤２側に気体を排気することによってＸステージ３ａおよびＹステージ３ｂを浮遊支持し、これによってステージ３を定盤２に対して非接触で支持する。一方、吸引機構１１は、ステージ内に気体を吸気することによってステージを定盤側に吸引し、これによって、ステージを駆動する駆動機構に負荷を印加する。
【００４２】
図３はステージの移動状態を示している。図３（ｂ）はＸステージ３ａがＸ方向に移動する状態を示し、図３（ｃ）はＹステージ３ｂがＹ方向に移動する状態を示している。図２，３に示すステージの構成は一例であって、この構成に限られるものではない。
【００４３】
図４は、本発明の位置制御装置が備えるエアベアリング１０と吸引機構１１の一構成例を示している。図４（ａ）は排気ポンプによって吸引を行う構成例を示し、図４（ｂ）はベルヌーイ吸引を利用する構成例を示している。
【００４４】
図４（ａ）、（ｂ）に示す構成例では、ステージ３は定盤２と対向する面にエアベアリング１０と吸引機構１１を備える。
【００４５】
エアベアリング１０は、定盤２と対向する面に開口部１０Ａを備え、ステージ３内に設けられた配管１０Ｂと連通している。開口部１０Ａからは、配管１０Ａを通して送られた気体が対向する定盤２の面に向かって排気され、これによってステージ３を定盤２に対して浮上支持する。エアベアリング１０による排気は、配管１０Ｂの上流側に設けた供給源（図示していない）から気体を供給することができる。
【００４６】
図４（ａ）に示す吸引機構１１の構成例において、ステージ３は定盤２と対向する面に、定盤２に向かって所定高さ突出した脚部を有し、この脚部はステージ３内に設けた配管１１Ｂと接続する微小開口部１１Ａを有する。微小開口部１１Ａは複数備える構成としてもよい。
【００４７】
配管１１Ｂの直径は、例えば１〜５ｍｍとし、配管１１Ｂの他端は配管１３Ｂを通して排気ポンプ１３に接続する。排気ポンプ１３による排気動作によって微小開口部１１Ａは気体を吸引し、これによってステージ３は定盤２に向かう方向に吸引する。
【００４８】
この構成では、配管１３Ｂあるいは配管１０Ｂ内にオリフィスを設けることによって配管のコンダクタンスを変えることができ、このコンダクタンスを変えることで吸引の強さを調整することができる。
【００４９】
図４（ｂ）に示す吸引機構１１の構成例において、図４（ａ）の構成例と同様に、ステージ３は定盤２と対向する面に、定盤２に向かって所定高さ突出した脚部を有し、この脚部はステージ３内に設けた配管１１Ｂと接続する微小開口部１１Ａを有する。微小開口部１１Ａは複数備える構成としてもよい。
【００５０】
配管１１Ｂの直径は例えば１〜５ｍｍとし、配管１１Ｂの他端はこの配管１１Ｂよりも大径の配管１４Ｂに接続する。この大径の配管１４Ｂと吸引機構１１に接続する配管１１Ｂとによって、配管１４Ｂを主流路とし配管１０Ｂを副流路とする流路が形成される。この流路において、主流路の上流側に設けた供給源１４から圧縮気体が供給されると、副流路は吸引機構１１側から配管１４Ｂに向かう方向に吸引が生じる。これにより、微小開口部１１Ａは減圧され、ベルヌーイ吸引が生じ、ステージ３はこのベルヌーイ吸引によって定盤２に向かう方向に吸引される。
【００５１】
この構成では、供給源１４が供給する圧縮気体の噴き出し量を増減させることによって吸引の強さを調整することができる。両構成において、吸引の強さを調整することでステージの負荷を調整することができる。
【００５２】
本発明の態様によれば、ステージは定盤と非接触に支持されるため、摩耗による問題を解消することができ、クリーンルーム内での使用に好適である。また、ステージと定盤とは非接触であるため、静止摩擦と動摩擦との摩擦状態によりステージの負荷変動が生じないため、微小なステージの位置ずれ調整が容易となり、また、静止特性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の位置制御装置の構成を説明するための概略図である。
【図２】本発明の位置制御装置が備えるステージの構成を説明するための概略斜視図である。
【図３】本発明の位置制御装置が備えるステージの構成を説明するための概略斜視図である。
【図４】本発明の位置制御装置が備えるエアベアリングと吸引機構の一構成例を示す図である。
【図５】従来の負荷印加機構を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…位置制御装置、２…定盤、３…ステージ、３ａ…Ｘステージ、３ｂ…Ｙステージ、４…ステージ駆動機構、４ａ…Ｘステージ駆動機構、４ｂ…Ｙステージ駆動機構、５…位置検出部、５ａ…Ｘ方向位置検出部、５ｂ…Ｙ方向位置検出部、６…制御部、１０…エアベアリング、１０Ａ…開口部、１０Ｂ…配管、１１，１１ａ，１１ｂ…吸引機構、１１Ａ…微小開口部、１１Ｂ…配管、１２，１２ａ，１２ｂ…吸気／排気機構、１３…排気ポンプ、１３Ｂ…配管、１４…供給源、１４Ｂ…配管。
【図１】
2008288521.tif 000003
【図２】
2008288521.tif 000004
【図３】
2008288521.tif 000005
【図４】
2008288521.tif 000006
【図５】
2008288521.tif 000007