(57)【要約】【課題】  アライメントマークを良好に形成する。【解決手段】  下地部材上にアモルファスシリコン膜が形成された加工対象物を準備する。アモルファスシリコン膜の第１の位置の輝度を検出する。検出された第１の位置の輝度に応じたパワー密度及び照射時間で、第１の位置にレーザビームを照射してアライメントマークを形成する。【選択図】          図１
2008192920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
下地部材上にアモルファスシリコン膜が形成された加工対象物を保持し、外部からの信号を受けて前記加工対象物を移動させるステージと、
前記ステージに保持された加工対象物のアモルファスシリコン膜の輝度を検出する輝度検出器と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に照射する光学系であって、外部からの信号を受けて、照射位置におけるレーザビームのパワー密度を変化させることのできるパワー密度調整手段、及び、外部からの信号を受けて、加工対象物へのレーザビームの照射時間を変化させることのできる照射時間調整手段の少なくとも一方を含む光学系と、
前記ステージに、前記加工対象物の移動を制御する信号を送出し、また、前記輝度検出器で輝度が検出された位置に、検出された輝度に応じたパワー密度及び照射時間でレーザビームが照射され、アライメントマークが形成されるように、前記光学系に含まれるパワー密度調整手段、及び、照射時間調整手段の少なくとも一方を制御する信号を送出する制御装置と
を有するビーム照射装置。
【請求項２】
（ａ）下地部材上にアモルファスシリコン膜が形成された加工対象物を準備する工程と、
（ｂ）前記アモルファスシリコン膜の第１の位置の輝度を検出する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で検出された前記第１の位置の輝度に応じたパワー密度及び照射時間で、前記第１の位置にレーザビームを照射してアライメントマークを形成する工程と
を有するビーム照射方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）において、前記アモルファスシリコン膜の前記第１の位置とは異なる第２の位置の輝度を検出し、
前記工程（ｃ）において、前記第２の位置の輝度に応じたパワー密度及び照射時間で、前記第２の位置にレーザビームを照射してアライメントマークを形成し、
更に、前記加工対象物を回転させ、前記第１及び第２の位置に形成されたアライメントマークを基準にして、位置合わせを行う工程を含むビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを照射してアライメントマークを形成する機能を備えるビーム照射装置、及びビーム照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザアニールには、様々なレーザ照射装置が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。アモルファスシリコン膜にレーザビームを照射して多結晶シリコン膜を形成する際のビーム照射条件を、迅速、客観的、及び自動的に決定することができる装置（たとえば、特許文献２参照）や、レーザアニールの他、アライメントマークの形成を行うことのできる装置（たとえば、特許文献３参照）等が公知である。
【０００３】
レーザアニールの対象は、たとえばガラス基板の一主面上にＳｉＯ２やＳｉＮで形成された絶縁性薄膜を介して、アモルファスシリコン膜が形成された加工基板（アモルファスシリコン膜）である。アライメントマークは、たとえばレーザアニールに先立ち、加工基板（アモルファスシリコン膜）にレーザビーム、たとえばレーザアニールに用いられるビームと同じグリーンレーザビームを照射することによって形成される。しかしながらアライメントマーク形成のためのレーザビームの照射結果が、加工基板により、また、同一の加工基板であってもビームの照射位置により異なることがある。
【０００４】
アモルファスシリコン膜に吸収されるグリーンレーザビームの吸収率は、アモルファスシリコン膜や絶縁性薄膜の膜厚、及び、絶縁性薄膜の膜構造等によって異なる。このため、加工基板に製造誤差や成膜誤差があった場合に、アライメントマークが入熱量が不十分なために所定形状を形成しなかったり、熱量が過多であるためにアモルファスシリコン膜が一部アブレーションを起こしたりする不具合が生じやすい。また、アモルファスシリコン膜の膜厚は、ガラス基板の周辺部においてばらつきが大きいことも、アライメントマークが適切に形成されない原因の一つである。
【０００５】
加工基板には、少なくとも２個のアライメントマーク（第１マーク及び第２マーク）を形成するためのビーム照射が行われる。ビーム照射後、２箇所のビーム照射位置は撮像され、画像処理が行われる。画像処理とは、ビーム照射位置の観察画像に２値化などの処理を施し、あらかじめ登録しているパタンとのマッチングを取ることにより位置ずれを検出する作業である。
【０００６】
レーザビームの照射によりアライメントマークが良好に形成されると、画像処理は正常に行われる。照射形状不良やアブレーション等の問題がある場合には、画像処理の精度が悪くなったり、場合によってはパタンマッチングに失敗することもある。２箇所のビーム照射位置の双方において正常に画像処理が行われると、その後の加工基板の位置合わせ等を適切に行うことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１７２６７号公報
【特許文献２】特開２００２−８９７６号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、アライメントマークを良好に形成することのできるビーム照射装置を提供することである。
【０００９】
また、アライメントマークを良好に形成することのできるビーム照射方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、下地部材上にアモルファスシリコン膜が形成された加工対象物を保持し、外部からの信号を受けて前記加工対象物を移動させるステージと、前記ステージに保持された加工対象物のアモルファスシリコン膜の輝度を検出する輝度検出器と、前記レーザ光源から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に照射する光学系であって、外部からの信号を受けて、照射位置におけるレーザビームのパワー密度を変化させることのできるパワー密度調整手段、及び、外部からの信号を受けて、加工対象物へのレーザビームの照射時間を変化させることのできる照射時間調整手段の少なくとも一方を含む光学系と、前記ステージに、前記加工対象物の移動を制御する信号を送出し、また、前記輝度検出器で輝度が検出された位置に、検出された輝度に応じたパワー密度及び照射時間でレーザビームが照射され、アライメントマークが形成されるように、前記光学系に含まれるパワー密度調整手段、及び、照射時間調整手段の少なくとも一方を制御する信号を送出する制御装置とを有するビーム照射装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の観点によれば、（ａ）下地部材上にアモルファスシリコン膜が形成された加工対象物を準備する工程と、（ｂ）前記アモルファスシリコン膜の第１の位置の輝度を検出する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で検出された前記第１の位置の輝度に応じたパワー密度及び照射時間で、前記第１の位置にレーザビームを照射してアライメントマークを形成する工程とを有するビーム照射方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アライメントマークを良好に形成することのできるビーム照射装置を提供することができる。
【００１３】
また、アライメントマークを良好に形成することのできるビーム照射方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１（Ａ）〜（Ｅ）を用いて実施例によるビーム照射装置について説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は、実施例によるビーム照射装置を示す概略図である。
【００１６】
レーザ光源１０ａ、１０ｂは、制御装置２４から送出されるトリガ信号を受けて、第２高調波（波長５３２ｎｍ）の連続波レーザビームを出射するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０ａ、１０ｂからは、たとえばそれぞれ直線偏光であるレーザビーム１１ａ、１１ｂが出射し、メカニカルシャッタ１３ａ、１３ｂ、バリアブルアッテネータ３０ａ、３０ｂを経て、電気光学変調器(Electro-OpticModulator; EOM)１２ａ、１２ｂに入射する。
【００１７】
メカニカルシャッタ１３ａ、１３ｂは、制御装置２４から送出される制御信号を受けて、入射するレーザビーム１１ａ、１１ｂの通過、遮蔽を切り替える。
【００１８】
バリアブルアッテネータ３０ａ、３０ｂは、制御装置２４から送出される制御信号を受けて、入射するレーザビーム１１ａ、１１ｂのエネルギを調整して出射する。
【００１９】
ＥＯＭ１２ａ、１２ｂは、制御装置２４によって印加される電圧値に応じて、入射光の偏光面を回転させる。ＥＯＭ１２ａは、レーザビーム１１ａが偏光ビームスプリッタ１５に対するＳ偏光となるように、レーザビーム１１ａの偏光面を回転させる。また、ＥＯＭ１２ｂは、レーザビーム１１ｂが偏光ビームスプリッタ１５に対するＰ偏光となるように、レーザビーム１１ｂの偏光面を回転させる。ＥＯＭ１２ａ、１２ｂを出射したレーザビーム１１ａ、１１ｂは、必要に応じて配置される折り返しミラー１４ａで反射されて、偏光ビームスプリッタ１５に入射する。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１５は、入射するＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。レーザビーム１１ａ、１１ｂは、偏光ビームスプリッタ１５により同一光軸上に重畳されて、レーザビーム１１として偏光ビームスプリッタ１５を出射する。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１５を出射したレーザビーム１１は、光路Ｘまたは光路Ｙを伝播して、透光領域パタンを有するマスク１９に入射する。マスク１９は、マスク移動機構２０によって、レーザビーム１１の光軸と交差する方向、たとえば直交する方向に移動可能に保持されている。マスク１９の移動は、制御装置２４からマスク移動機構２０に制御信号が送出されることにより行われる。
【００２２】
レーザビーム１１は、マスク１９で断面形状を整形され、イメージング光学系２１を経て、ステージ２６、たとえばＸＹθステージ上に載置された加工基板２７に照射される。加工基板２７の表面上には、イメージング光学系２１により、マスク１９の位置のレーザビーム１１の断面が結像される。
【００２３】
加工基板２７は、ガラス基板の一主面上にＳｉＯ２やＳｉＮで形成された絶縁性薄膜を介して、アモルファスシリコン膜が形成された基板である。たとえば縦方向の長さが９２０ｍｍ、横方向の長さが７３０ｍｍの長方形状で、長方形の４つの角の１つを切って、オリフラが形成されている。ステージ２６は、制御装置２４からの制御信号を受けて、載置面内で加工基板２７を移動させることができる。加工基板２７のアモルファスシリコン膜にレーザビーム１１を照射して、レーザアニールを行う。また、たとえばレーザアニールに先立って、レーザビーム１１の照射によりアライメントマークの形成も行われる。
【００２４】
切り替え式ミラー１６ａ、１６ｂは、制御装置２４からの制御信号を受けて、偏光ビームスプリッタ１５を出射したレーザビーム１１を、光路Ｘと光路Ｙのいずれに導入するかの切り替えを行う。切り替え式ミラー１６ａ及び１６ｂを、レーザビーム１１の光路上に配置しない場合、レーザビーム１１は光路Ｘを進行し、レーザビーム１１の光路上に配置する場合、レーザビーム１１は光路Ｙを進行する。
【００２５】
光路Ｘ上には、折り返しミラー１４ｂ、１４ｃ、及びＤＯＥ１７が配置され、レーザアニールを行うときには、レーザビーム１１は光路Ｘに導入される。また、光路Ｙ上には、折り返しミラー１４ｄ、１４ｅ、及びＤＯＥ１８が配置され、アライメントマークを形成するときには、レーザビーム１１は光路Ｙに導入される。
【００２６】
マスク１９は、光路Ｘを進行したレーザビーム１１を入射させる領域と、光路Ｙを進行したレーザビーム１１を入射させる領域とを有する。
【００２７】
マスク移動機構２０は、切り替え式ミラー１６ａ、１６ｂの光路上への挿入と同期して、マスク１９を移動させ、レーザビーム１１が入射するマスク１９上の位置を変化させる。
【００２８】
照明光源２２は、加工基板２７を照明する投影型の照明である。ＣＣＤカメラ２３は、加工基板２７表面を撮像し、たとえば加工基板２７表面（アモルファスシリコン膜）の輝度を含む撮像データを制御装置２４に送信する。制御装置２４は、送信された撮像データに基づいて、加工基板２７へのレーザビームの照射条件を、たとえば最適となるように制御する。たとえば、制御装置２４でＥＯＭ１２ａ、１２ｂに印加する電圧値を制御して、偏光ビームスプリッタ１５からレーザビーム１１が光路ＸまたはＹに向けて出射されないように遮蔽し、加工基板２７に照射されるレーザビーム１１の照射時間を制御する。
【００２９】
制御装置２４は、記憶装置２５、たとえばメモリを含む。記憶装置２５には、加工基板２７にレーザビーム１１を照射する際の照射条件を決定するための情報、たとえば、良好なアライメントマークを形成するために必要な、アモルファスシリコン膜の輝度と、加工基板２７に入射させるレーザビーム１１のパワー密度やレーザビーム１１の照射時間との関係が記憶されている。
【００３０】
図１（Ｂ）を参照する。偏光ビームスプリッタ１５を出射し、光路Ｘに導入されたレーザビーム１１は、折り返しミラー１４ｂ、１４ｃで反射され、ＤＯＥ１７で回折されて、マスク１９に入射する。ＤＯＥ１７は、たとえばビームを長尺形状にしてマスク１９の位置に結像させる。
【００３１】
図１（Ｂ）に示すように、光路Ｘを進行し、ＤＯＥ１７で回折されたレーザビーム１１が入射するマスク１９上の位置には、長尺状レーザビーム１１の長さ方向の両端側に遮光領域が設けられており、入射するレーザビーム１１の長さ方向の両端部をカットして出射する。
【００３２】
図１（Ｃ）に、マスク１９で整形され出射されるレーザビーム１１の断面形状を示す。レーザビーム１１は、長尺形状のビームに整形されてマスク１９を出射する。この形状が結像されるように、レーザビーム１１は加工基板２７（アモルファスシリコン膜）上に照射され、レーザアニールが行われる。照射面におけるビームサイズは、たとえば長さ方向（長尺方向）が１．３ｍｍ、幅方向（短尺方向）が４．０μｍである。
【００３３】
レーザアニール時には、たとえば照射面のパワー密度が３００〜６００ｋＷ／ｃｍ２となるようにビーム照射を行う。ビーム照射は、ステージ２６により加工基板２７を、たとえば１５０〜１０００ｍｍ／ｓｅｃで移動させ、長尺形状の幅方向にレーザビーム１１を走査（ステージ２６を走査）しながら行う。なお、ステージ２６は、たとえば長尺ビームの幅方向とステージ２６のＹ軸方向とが平行となるように設置されている。
【００３４】
図１（Ｄ）を参照する。偏光ビームスプリッタ１５を出射し、切り替え式ミラー１６ａで光路Ｙに導入されたレーザビーム１１は、折り返しミラー１４ｄ、１４ｅで反射された後、ＤＯＥ１８で回折され、切り替え式ミラー１６ｂで反射されて、マスク１９に入射する。ＤＯＥ１８は、ＤＯＥ１７とは異なるサイズ及び形状、たとえば矩形状にレーザビーム１１をマスク１９の位置に結像させる。
【００３５】
光路Ｙを進行し、ＤＯＥ１８で回折されたレーザビーム１１が入射するマスク１９上の位置には、たとえば円形の貫通孔１９ａが設けられている。貫通孔１９ａはクロス（十字形）やＴ（ティー）字形であってもよい。
【００３６】
図１（Ｅ）に、マスク１９で整形され出射されるレーザビーム１１の断面形状の一例を示す。レーザビーム１１は、断面が円形状のビームに整形されてマスク１９を出射する。この形状が結像されるように、レーザビーム１１は加工基板２７（アモルファスシリコン膜）上に照射され、アライメントマークの形成が行われる。照射面におけるビームサイズは、たとえば直径６０μｍである。
【００３７】
アライメントマーク形成時には、たとえば照射面のパワー密度が１０〜１００ｋＷ／ｃｍ２となるようにビーム照射を行う。ビーム照射時間は、たとえば３００μｓｅｃ〜１０００ｍｓｅｃである。
【００３８】
以下、実施例によるレーザアニール方法について説明する。
【００３９】
ステージ２６上に加工基板２７を、たとえば加工基板２７の縦方向がステージ２６のＹ軸方向と平行となる適切な位置に、機械的に位置決めして載置する。
【００４０】
基板端面補正を行う。基板端面補正とは、ステージ２６上に機械的に位置決めされ載置された加工基板２７が、実際にどれだけ目標値からずれているかを検出する工程である。ずれ量があらかじめ定められた規定値を超えている場合（機械的な位置決めが不首尾に終わった場合）にはエラーとなり、その後の工程は行われない。
【００４１】
照明光源２２で加工基板２７を照明しながら、ＣＣＤカメラ２３で加工基板２７のアライメントマーク（第１マーク及び第２マーク）形成位置のアモルファスシリコン膜を撮像し、画像データを制御装置２４に送信する。制御装置２４は、送信された画像データから、第１マーク形成位置及び第２マーク形成位置のアモルファスシリコン膜の輝度を検出する。
【００４２】
アモルファスシリコン膜の膜厚と、画像処理画面における膜の明るさ（輝度）はおおよそ対応している。また、アモルファスシリコン膜の膜厚により、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波の吸収率は大きく変化する。投影型の照明（照明光源２２）で照らす場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波の吸収率が高い位置ほど、画像処理画面では暗く見える（輝度が低い）。このため、検出された輝度に基づいて、アライメントマークを良好に形成するためのビーム照射条件を定めることができる。
【００４３】
制御装置２４の記憶装置２５には、アモルファスシリコン膜の画像の輝度に対応した適正なビーム照射条件（アライメントマークを良好に形成することのできる、たとえば加工基板２７に入射させるレーザビーム１１のパワー密度やレーザビーム１１の照射時間）が記憶されている。制御装置２４は、記憶装置２５に記憶された情報に基づき、検出された輝度に対応するビーム照射条件で、アライメントマーク（第１マーク及び第２マーク）形成位置のアモルファスシリコン膜にレーザビーム１１を入射させ、アライメントマークを形成する。適切なビーム照射条件を実現するために、制御装置２４は、たとえば、ＥＯＭ１２ａ、１２ｂに制御電圧を送って、レーザビーム１１を遮蔽し、加工基板２７に照射されるレーザビーム１１の照射時間を制御する。また、バリアブルアッテネータ３０ａ、３０ｂを用いて、加工基板２７に照射されるレーザビーム１１のパワー密度を制御する。
【００４４】
なお、前述のように、アライメントマーク形成時には、切り替え式ミラー１６ａ、１６ｂをレーザビーム１１の光路上に挿入し、レーザビーム１１を光路Ｙに導入するとともに、マスク移動機構２０でマスクを移動させ、円形の貫通孔１９ａが設けられているマスク上の位置にレーザビーム１１を入射させる。
【００４５】
加工基板２７のアライメントマーク（第１マーク及び第２マーク）形成位置にレーザビーム１１を照射した後、当該位置のアモルファスシリコン膜をＣＣＤカメラ２３で撮像し、撮像データを制御装置２４に送信して、第１マーク形成位置と第２マーク形成位置の画像処理を行う。
【００４６】
マーク形成に先立って、形成位置におけるアモルファスシリコン膜の明るさ（輝度）を検出し、検出された明るさ（輝度）に基づいて決定された適切な照射条件でレーザビームを照射しているため、両位置には良好にアライメントマークが形成されている。このため正常に画像処理が行われる。
【００４７】
切り替え式ミラー１６ａ、１６ｂをレーザビーム１１の光路上から除き、レーザビーム１１を光路Ｘに導入し、レーザアニールを行う。ＤＯＥ１７がビームを長尺形状にして結像させるマスク１９上の位置には、長尺状レーザビーム１１の長さ方向の両端側に遮光領域が配置されるように、マスク１９が移動される。
【００４８】
長さ方向が１．３ｍｍ、幅方向が４．０μｍの長尺形状のレーザビーム１１が、レーザビーム１１の幅方向と加工基板２７の縦方向（ステージ２６のＹ軸方向）とが略平行となるように、加工基板２７のアモルファスシリコン膜に入射し、レーザアニールが行われる。ステージ２６は、加工基板２７を、２００〜１０００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度でＹ軸方向に移動させる。
【００４９】
加工基板２７の縦方向に沿ってレーザビーム１１を走査するレーザアニール工程（縦加工）が終了したら、加工基板２７の横方向に沿ってレーザビーム１１を走査するレーザアニール（横加工）を行う。
【００５０】
加工基板２７は一旦払い出され、基板の向きを９０°回転されて、再度ステージ２６上に載置される。加工基板２７は、横方向がステージ２６のＹ軸方向と平行となる適切な位置に、機械的に位置決めして載置される。
【００５１】
基板端面補正を行いエラーと判定されなかった場合、縦加工に先立って形成されたアライメントマーク（第１マーク及び第２マーク）の画像処理を行い、アライメントマークの位置を制御装置２４に読み込む。
【００５２】
制御装置２４は、既に行われた縦加工と、これから行われる横加工の、加工基板２７上におけるビーム走査方向が直交するように、読み込まれたアライメントマークを基準に角度補正を行い、ステージ２６の走査方向（走査角度）を決定する。角度補正には、縦加工時と横加工時における基板置き角度のずれ補正や、レーザのポインティングスタビリティの補正を含む。
【００５３】
レーザ光源１０ａ、１０ｂからレーザビーム１１ａ、１１ｂを出射し、横加工を行う。縦加工時と直交する方向（アライメントマークを基準に補正された方向）にレーザビーム１１を走査し、レーザアニールを完了する。
【００５４】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５５】
たとえば、実施例においては、ＣＣＤカメラで撮像した画像を処理し、ビームの照射条件を決定したが、ＣＣＤカメラに限らず、アモルファスシリコン膜からの反射光の強度（輝度）を検出できる装置を用いて、適正なビームの照射条件を決定することができる。
【００５６】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
レーザ加工一般、特にレーザアニールに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例によるビーム照射装置について説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ａ、１０ｂ  レーザ光源
１１、１１ａ、１１ｂ  レーザビーム
１２ａ、１２ｂ  ＥＯＭ
１３ａ、１３ｂ  メカニカルシャッタ
１４ａ〜１４ｅ  折り返しミラー
１５  偏光ビームスプリッタ
１６ａ、１６ｂ  切り替え式ミラー
１７、１８  ＤＯＥ
１９  マスク
１９ａ  貫通孔
２０  マスク移動機構
２１  イメージング光学系
２２  照明光源
２３  ＣＣＤカメラ
２４  制御装置
２５  記憶装置
２６  ステージ
２７  加工基板
３０ａ、３０ｂ  バリアブルアッテネータ
【図１】
2008192920.tif 000003