(57)【要約】本発明は、レーザアニール装置に用いられる光照射装置であり、制御部（９）を備え、この制御部により回転軸（７ａ）の回転が右回りから左回りに変化した後に回転角が＋βとなった旨を検出して固体レーザ（４）のパルスをオンとし、続いて回転角が−βとなった旨を検出して固体レーザのパルスをオフとし、回転軸の回転が左回りから右回りに変化した後に回転角が−βとなった旨を検出して固体レーザのパルスをオンとし、続いて回転角が＋βとなった旨を検出して固体レーザのパルスをオフとする。制御部は、さらに、可動ステージ（３）を定速移動方向へ定速移動させ、アニール対象物（２）に対して定速移動方向の一端から他端まで光ビームが照射された後に、可動ステージを、所定距離移動方向へ所定の距離だけ移動させ、被照射物の全面を均一なエネルギーで照射する。
2004042806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを射出するレーザ光源と、
平板状の被照射物を支持するステージと、
偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、上記光ビームを上記被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら上記主面に対し照射する照射手段と、
上記光ビームの偏向角に応じて、上記レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御手段と、
上記射出制御手段により制御された上記光ビームを上記被照射物の主面に対して上記第１の方向に走査させながら照射するとともに、上記第１の方向と上記被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、上記ステージを上記照射手段に対して相対移動させる第１の制御手段と、
上記第１の制御手段による制御の後に上記ステージを上記照射手段に対して上記第１の方向に相対移動させる制御を行う第２の制御手段とを備え、
上記第２の制御手段により制御がなされた上記第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、上記第１の制御手段により制御がなされた照射を上記被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、上記被照射物の略全ての被照射面は、上記異なる複数の位置における上記第１の制御手段による光ビームの照射が行われることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
上記レーザ光源は、パルス発振することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光照射装置。
【請求項３】
上記射出制御手段は、上記偏向角が第１の極値となってからθａとなったときに上記レーザ光源からの光ビームパルス発振を開始し、続いてθｂとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を停止する第１の制御と、上記偏向角が第２の極値となってからθｃとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を開始し、続いてθｄとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を停止する第２の制御とを交互に行うことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光照射装置。
【請求項４】
上記θａと上記θｄとは等しく且つ上記θｂと上記θｃとは等しいことを特徴とする請求の範囲第３項記載の光照射装置。
【請求項５】
上記θａは上記θｄよりも上記第１の極値に近い値であり、且つ上記θｃは上記θｂよりも上記第２の極値に近い値であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の光照射装置。
【請求項６】
上記偏向手段は、以下の式１に示す周波数ｆｇａｌｖｏで上記光ビームを偏向し、上記可動ステージは、以下の式２に示す速度Ｖｓｔａｇｅで第１の方向へ移動することを特徴とする請求の範囲第５項記載の光照射装置。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（２Ｄ）  ・・・（１）
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（２Ｄ）  ・・・（２）
（但し、Ｆｒｅｐはレーザ光源のパルス発振の繰り返し周波数であり、Ｗｘは被照射物上に形成されるスポットの第１の方向に沿った長さであり、Ｗｙは被照射物上に形成されるスポットの第２の方向に沿った長さであり、Ｄはレーザ光源から射出された光ビームが理想的に偏向されたときに被照射物上に形成される光ビームの中心の軌跡の振幅である。）
【請求項７】
上記射出制御手段は、上記偏向角がθａからθｂの光ビームが照射されることで形成される第１の照射領域の第１の方向に沿った長さと、上記偏向角がθｃからθｄの光ビームが照射されることで形成される第２の照射領域の第１の方向に沿った長さを一致させ、且つ上記第１の照射領域と上記第２の照射領域との第１の方向に沿ったずれの長さをＷｘ／３とし、
上記偏向手段は、以下の式３に示す周波数ｆｇａｌｖｏで光ビームを偏向し、
上記可動ステージは、以下の式４に示す速度Ｖｓｔａｇｅで、上記被照射物を、第１の方向へ移動することを特徴とする請求の範囲第５項記載の光照射装置。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（３Ｄ）  ・・・（３）
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（３Ｄ）  ・・・（４）
【請求項８】
上記θｄは上記θａよりも上記第１の極値に近い値であり、且つ上記θｂは上記θｃよりも上記第２の極値に近い値であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の光照射装置。
【請求項９】
上記偏向手段は、以下の式５に示す周波数ｆｇａｌｖｏで上記光ビームを偏向し、
上記可動ステージは、以下の式６に示す速度Ｖｓｔａｇｅで第１の方向へ移動することを特徴とする請求の範囲第８項記載の光照射装置。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（２Ｄ）  ・・・（５）
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ／（２Ｄ）  ・・・（６）
【請求項１０】
上記制御手段は、上記偏向角がθａからθｂの光ビームが照射されることで形成される第１の照射領域の第１の方向に沿った長さと、上記偏向角がθｃからθｄの光ビームが照射されることで形成される第２の照射領域の第１の方向に沿った長さとを一致させ、且つ上記第１の照射領域と上記第２の照射領域との第１の方向に沿ったずれの長さをＷｘ／３とし、
上記偏向手段は、以下の式７に示す周波数ｆｇａｌｖｏで光ビームを偏向し、
上記可動ステージは、以下の式８に示す速度Ｖｓｔａｇｅで、上記被照射物を第１の方向へ移動させることを特徴とする請求の範囲第８項記載の光照射装置。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（３Ｄ）  ・・・（７）
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（３Ｄ）  ・・・（８）
【請求項１１】
上記偏向手段は、ガルバノメータであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光照射装置。
【請求項１２】
上記第１の制御手段は、上記ステージを上記被照射物に対して第２の方向へ移動させるリニアモータを備えていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光照射装置。
【請求項１３】
上記第２の制御手段は、上記ステージを上記被照射物に対して第１の方向へ移動するためのパルスモータを備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光照射装置。
【請求項１４】
上記レーザ光源は、固体レーザであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光照射装置。
【請求項１５】
光ビームを射出するレーザ光源と、
平板状の被照射物を支持し、上記被照射物の主面に平行な方向に当該被照射物を移動させる可動ステージと、
偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、上記光ビームを上記被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら上記主面に対し照射する照射手段と、
上記光ビームの偏向角に応じて、上記レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御手段と
を備えることを特徴とする光照射装置。
【請求項１６】
光ビームを射出するレーザ光源と、
平板状の被照射物を支持する可動ステージと、
偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、上記光ビームを上記被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら上記主面に対し照射する照射手段と、
上記射出制御手段により制御された上記光ビームを上記被照射物の主面に対して上記第１の方向に走査させながら照射するとともに、上記第１の方向と上記被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、上記ステージを上記照射手段に対して相対移動させる第１の制御手段と、
上記第１の制御手段による制御の後に上記ステージを上記照射手段に対して上記第１の方向に相対移動させる制御を行う第２の制御手段とを備え、
上記第２の制御手段により制御がなされた上記第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、上記第１の制御手段により制御がなされた照射を上記被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、上記被照射物の略全ての被照射面は、上記異なる複数の位置における上記第１の制御手段による制御がなされていることを特徴とする光照射装置。
【請求項１７】
レーザ光源が光ビームを射出する射出ステップと、
偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向ステップを有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、上記光ビームを上記被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら上記主面に対し照射する照射ステップと、
上記光ビームの偏向角に応じて、上記レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御ステップと、
上記射出制御ステップにおいて射出が制御された上記光ビームを、上記被照射物の主面に対して上記第１の方向に走査させながら照射するとともに、上記第１の方向と上記被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、上記被照射物を、上記照射ステップにおいて上記主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第１の制御ステップと、
上記第１の制御ステップにおける制御の後に、上記被照射物を、上記照射ステップにおいて上記主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第２の制御ステップとを備え、
上記第２の制御ステップにおいて制御がなされた上記第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、上記第１の制御ステップにおいて制御がなされた照射を上記被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、上記被照射物の略全ての波照射面は、上記異なる複数の位置における上記第１の制御ステップによる光ビームの照射がなされていることを特徴とする光照射方法。
【請求項１８】
上記射出ステップでは、レーザ光源が光ビームをパルス発振することを特徴とする請求の範囲第１７項記載の光照射方法。
【請求項１９】
上記射出制御ステップでは、偏向角が第１の極値となってから上記偏向角がθａとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を開始し、続いて上記偏向角がθｂとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を停止する第１の制御と、上記偏向角が第２の極値となってから上記偏向角がθｃとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を開始し、続いて上記偏向角がθｄとなったときに上記レーザ光源からのパルス発振を停止する第２の制御とを交互に行うことを特徴とする請求の範囲第１８項記載の光照射方法。
【請求項２０】
上記θａと上記θｄとは等しく且つ上記θｂと上記θｃとは等しいことを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光照射方法。
【請求項２１】
上記θａは上記θｄよりも上記第１の極値に近い値であり、且つ上記θｃは上記θｄよりも第２の極値に近い値であることを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光照射方法。
【請求項２２】
上記θｄは上記θａよりも第１の極値に近い値であり、且つ上記θｃは上記θｂよりも第２の極値に近い値であることを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光照射方法。
【請求項２３】
レーザ光源が光ビームを射出する射出ステップと、
平板状の被照射物を、当該被照射物の主面に平行な方向に移動させる移動ステップと、
偏向角を−定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、上記光ビームを上記被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら上記主面に対し照射する照射ステップと、
上記光ビームの偏向角に応じて、上記レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御ステップと
を備えることを特徴とする光照射方法。
【請求項２４】
レーザ光源が光ビームを射出する射出ステップと、
偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向ステップを有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、上記光ビームを上記被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら上記主面に対し照射する照射ステップと、
上記射出制御ステップにおいて射出が制御された上記光ビームを、上記被照射物の主面に対して上記第１の方向に走査させながら照射するとともに、上記第１の方向と上記被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、上記被照射物を、上記照射ステップにおいて上記主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第１の制御ステップと、
上記第１の制御ステップにおける制御の後に、上記被照射物を、上記照射ステップにおいて上記主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第２の制御ステップとを備え、
上記第２の制御ステップにおいて制御がなされた上記第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、上記第１の制御ステップにおいて制御がなされた照射を上記被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、上記被照射物の略全ての被照射面は、上記異なる複数の位置における上記第１の制御ステップによる光ビームの照射がなされていることを特徴とする光照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造などに用いられるレーザアニール装置等に適用されて有用な光照射装置及び光照射方法に関する。
本出願は、日本国において２００２年１１月５日に出願された日本特許出願番号２００２−３２１７０５を基礎として優先権を上張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。
【背景技術】  半導体素子を製造するときなどに使用されるレーザアニール装置では、レーザ光源として、エネルギーが高い光ビームの射出を可能とするエキシマレーザが使用されている。
エキシマレーザにはガスが充填されているが、このガスは、時間が経過するに従って化学反応などにより劣化してしまう。したがって、エキシマレーザを用いるレーザアニール装置では、ガスを毎日交換するなど煩雑なメンテナンスが必要となり、その結果コストも高くなってしまう。また、ガスを交換するときには、レーザアニール装置を停止させる必要が生じるため、停止している時間分だけ生産効率が低下してしまう。さらに、エキシマレーザは、射出する光ビームのエネルギーが不安定である。例えば、ガス交換を行った後には、射出される光ビームのエネルギーが高くなる。したがって、レーザ光源としてエキシマレーザを採用したレーザアニール装置を使用すると、アニール対象物を均一にアニールすることが困難となり、歩留まりが悪くなってしまう。
以上のような点から、レーザ光源として、射出される光ビームのエネルギーが安定しており、ガスの交換等のメンテナンスが不要である固体レーザを採用することが検討されている。
固体レーザは、パルス当たりのエネルギー量がエキシマレーザと比較して小さいが、パルス発振の繰り返し周波数を上げることができる。例えば、エキシマレーザでは、パルス当たりのエネルギー量が約１Ｊであり且つパルス発振の繰り返し周波数が約２００Ｈｚであるため、１秒間に射出するエネルギー量は約２００Ｗである。−方、固体レーザでは、例えばパルス当たりのエネルギー量が約１ｍＪであり且つパルス発振の繰り返し周波数が約１０ｋＨｚであるため、１秒間に射出するエネルギー量は約１０Ｗである。したがって、固体レーザは、単位時間に射出される光ビームのエネルギーを比較すると、エキシマレーザの１／２０になる。すなわち、レーザ光源として固体レーザを使用するときには、固体レーザを２０個使用することで、単位時間当たりにａ−Ｓｉに対して照射するエネルギーをエキシマレーザと同じとすることができる。
固体レーザは、１パルス当たりのエネルギーが低い。例えば、上述した条件で固体レーザが光ビームを射出したときには、固体レーザを２０個使用した場合でも、１パルス当たりのエネルギーは約２０ｍＪとなり、エキシマレーザの約１／５０となる。ａ−Ｓｉを充分にアニールするためには、ａ−Ｓｉに対して一定の値以上のエネルギー密度を有する光ビームを照射する必要がある。したがって、レーザ光源として固体レーザを使用したときには、エキシマレーザを使用したときに比較して、射出されたレーザ光の光軸に垂直な断面の面積を小さくする必要が生じる。
固体レーザから射出された光ビームを、エネルギー密度が均一で一定の値以上であるラインビームに成形するためには、光ビームにおける光軸に垂直な断面のアスペクト比を非常に高くする必要が生じる。光ビームにおける光軸に垂直な断面のアスペクト比を非常に高くするビーム成形光学系には、非常に小さく且つ絶対精度が高い光学素子を多数使用する必要が生じる。すなわち、当該ビーム成形光学系は、構成が複雑であり且つエネルギーの利用効率が低いものとなる。以上説明した理由により、固体レーザから射出された光ビームを、エネルギー密度が均一で一定の値以上であるラインビームに成形することは、非常に困難となる。
したがって、レーザ光源として固体レーザを使用するときには、固体レーザから射出された光ビームを、光軸に垂直な断面のアスペクト比が低くなるように成形し、偏向させながら被照射物に対して照射することによって、アニール対象物上に生じるスポットを、二次元方向に走査することが好ましい。
また、固体レーザは、エキシマレーザと比較してパルス発振の繰り返し周波数が約５０倍である。したがって、レーザ光源として固体レーザを採用したときには、アニール対象物に対する光ビームの照射回数を増やさないために、レーザ光源としてエキシマレーザを採用したときと比較して、可動ステージの移動速度を約５０倍とする必要がある。しかし、可動ステージの移動速度を、レーザ光源としてエキシマレーザを採用したときに対して約５０倍とすると、可動ステージは移動速度が非常に高速となるため、摩耗するなどの問題が生じる虞がある。
以上説明した問題点を解決するレーザアニール装置としては、図２３に示すように肯定されたものが提案されている。
図２３に示すレーザアニール装置１２０は、レーザ光源１０１として固体レーザを採用しており、可動ステージ１０２が図２３中矢印Ｙ方向のアニール対象物１０５の主面と平行な方向に移動し、図２３中矢印Ｘ方向の矢印Ｙ方向に垂直な方向であり且つアニール対象物１０５の主面と平行な方向にスポット１０５ａを移動させる反射鏡１０３及びガルバノメータ１０４を備える。
図２３に示すレーザアニール装置１２０において、可動ステージ１０２及びガルバノメータ１０４を駆動させる具体的な方法としては、先ず、可動ステージ１０２を静止した状態でガルバノメータ１０４を駆動して反射鏡１０３を矢印Ｘ方向に一端から他端まで移動させる操作と、ガルバノメータ１０４を静止した状態で可動ステージ１０２を矢印Ｙ方向に移動させる操作を交互に行うステップアンドリピート法が挙げられる。
ところが、ステップアンドリピート法を採用すると、可動ステージ１０２及びガルバノメータ１０４の一方を静止させた後に他方を駆動させることによってタイムロスが生じ、生産性が著しく低下する。また、可動ステージ１０２及びガルバノメータ１０４の両方が位置精度良く駆動しないと、アニール対象物１０５に対する光ビームの照射回数にはばらつきが生じてしまう。
したがって、レーザアニール装置１２０では、可動ステージ１０２を図２３中矢印Ｙ方向に定速移動させながらガルバノメータ１０４を駆動して反射鏡１０３を図２３中矢印Ｘ方向に振動させて、アニール対象物１０５上のスポット１０５ａを一定の範囲内で繰り返し直線移動させる方法を採用することが好ましい。このとき、スポット１０５ａの移動速度を一定とするために、ガルバノメータ１０４に対して以下の式２１に示す周波数ｆｇａｌｖｏの三角波電圧を印加して、反射鏡１０３を角速度−定で振動させる。角速度一定で振動される反射鏡１０３によって反射された光ビームは、ｆθレンズ１２１を介してアニール対象物１０５に照射されるため、アニール対象物１０５上のスポット１０５ａの矢印Ｘ方向の移動速度は一定となる。なおかつ、可動ステージ１０２の矢印Ｙ方向での移動速度が式２２で示されるＶｓｔａｇｅであるとき、アニール対象物１０５に対する光ビームの照射回数を一定とすることが可能となる。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（２Ｄ）  ・・・（２１）
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（ｎＤ）  ・・・（２２）
但し、Ｆｒｅｐはレーザ光源のパルス発振の繰り返し周波数であり、Ｗｘはスポット１０５ａの図２３中矢印Ｘ方向に沿った長さであり、Ｄはガルバノメータ１０４が理想的に振動したときにアニール対象物１０５上を移動するスポットの中心の振幅であり、ｎはアニール対象物１０５の主面全体に照射される光ビームの平均照射回数であり、自然数の偶数である。なお、ｎが奇数であるときには、均一照射にはならず照射領域全体の平均照射回数がｎとなる。
なお、光ビームの照射回数が４の倍数である場合は、ガルバノメータ１０４に対して以下の式２３で示される周波数ｆｇａｌｖｏの三角波電圧を印加し、同時に可動ステージ１０２の矢印Ｙ方向での移動速度を以下の式２４に示すＶｓｔａｇｅとしても、アニール対象物１０５に対する光ビームの照射回数を一定とすることが可能となる。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／４Ｄ  ・・・（２３）
Ｖｓｔａｇｅ＝（２・Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／ｍＤ  ・・・（２４）
但し、ｍはアニール対象物１０５の主面全体に照射される光ビームの平均照射回数であり、自然数の４の倍数である。
しかしながら、ガルバノメータ１０４に対して式２２及び式２３に示す三角波電圧を印加しても、イナーシャ等が原因で、ガルバノメータ１０４の動きは、移動方向の変化点近傍で鈍ってしまい、スポットの振幅はＤよりも小さくなる。したがって、スポット１０５ａの移動方向の変化点近傍では、１つのスポット１０５ａと当該スポット１０５ａに隣接するスポット１０５ａとの重畳面積が大きくなり、アニール対象物１０５に対する光ビームの照射回数が多くなる。
スポット１０５ａの移動方向の変化点近傍で光ビームの照射回数が増加することを防ぐ方法としては、反射鏡１０３の振動の速度に応じてレーザ光源１０１から発振されるパルスの繰り返し周波数を変化させると同時に可動ステージ１０２の移動速度を変化させる方法が挙げられる。しかし、固体レーザは、パルスの繰り返し周波数が変化すると、内部に備えられた光学素子に温度変化が生じてしまうため、出射される光ビームの強度分布や広がり角などが変化してしまい、所望の照射を行うことが困難となる。また、ガルバノメータ１０４の振動の速度に応じてレーザ光源１０１から発振される光ビームのパルスの繰り返し周波数や可動ステージ１０２の移動速度を変化させるためには、複雑且つ高速な制御を行う必要が生じ、例えばレーザアニール装置１２０の設計が困難となるなどの問題点がある。
また、レーザアニール装置１２０には、ｆθレンズ１２１が使用されているために、ガルバノメータ１０４が振幅することによって照射される範囲はｆθレンズ１２１の径によって制限される。すなわち、可動ステージ１０２が定速移動する間にガルバノメータ１０４の振動によって光ビームを照射できる領域は、図２３中矢印Ｙ方向に長い形状となり、図２３中矢印Ｘ方向の幅Ｗはｆθレンズ１２１によって制限された幅となる。径の大きい高精度のｆθレンズの設計及び作製は困難である。したがって、レーザアニール装置１２０では、図２３中矢印Ｘ方向の幅Ｗがｆθレンズ１２１によって制限されるよりも長い範囲に対して光ビームを照射する必要があるときには、上述した照射と、上述した照射が終了した後に可動ステージ１０２を図２３中矢印Ｘ方向にＷだけ移動させることとを交互に行う。
可動ステージ１０２の図２３中矢印Ｘ方向への移動精度に限界があるために、可動ステージ１０２が矢印Ｘ方向に正確にＷだけ移動できない場合がある。可動ステージ１０２が矢印Ｘ方向にＷより長い距離移動したときには、アニール対象物１０５上に光ビームの照射がなされない領域が生じ、可動ステージ１０２が図２３中矢印Ｘ方向にＷ未満の距離移動したときには、アニール対象物１０５上に光ビームの照射回数が２倍となる領域が生じる。すなわち、可動ステージ１０２が図２３中矢印Ｘ方向に正確にＷだけ移動できないときには、アニール対象物１０５を均一にアニールすることが困難となる。
さらに、式２２及び式２４から算出されたＶｓｔａｇｅで可動ステージ１０２を移動させると、可動ステージ１０２の移動速度に約±５％のむらが生じてしまう。可動ステージ１０２の移動速度にむらが生じると、１つのスポット１０５ａと隣接するスポット１０５ａとの重畳面積が変動してしまい、アニール対象物１０５に対するレーザ光の照射回数がばらついてしまう。
【発明の開示】
本発明の目的は、上述したような従来の技術が有する問題点を解消することができる新規な光照射装置及び光照射方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、レーザ光源として、１パルス当たりのエネルギー量が小さく、パルス発振の繰り返し周波数が高い固体レーザを採用したときにも、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に且つ効率良く照射することが可能である光照射装置及び光照射方法を提供することにある。
本発明に係る光照射装置は、光ビームを射出するレーザ光源と、平板状の被照射物を支持するステージと、偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、レーザ光源から射出された光ビームを導光し、光ビームを被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら被照射物の主面に対し照射する照射手段と、光ビームの偏向角に応じて、レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御手段と、射出制御手段により制御された光ビームを被照射物の主面に対して第１の方向に走査させながら照射するとともに、第１の方向と被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、ステージを照射手段に対して相対移動させる第１の制御手段と、第１の制御手段による制御の後にステージを照射手段に対して第１の方向に相対移動させる制御を行う第２の制御手段とを備え、第２の制御手段により制御がなされた第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、第１の制御手段により制御がなされた照射を被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、被照射物の略全ての被照射面は、異なる複数の位置における第１の制御手段による照射が行われる。
本発明に係る他の光照射装置は、光ビームを射出するレーザ光源と、平板状の被照射物を支持し、被照射物の主面に平行な方向に当該被照射物を移動させる可動ステージと、偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、レーザ光源から射出された光ビームを導光し、光ビームを被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら被照射物の主面に対し照射する照射手段と、光ビームの偏向角に応じて、レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御手段とを備える。
本発明に係るさらに他の光被照射装置は、光ビームを射出するレーザ光源と、平板状の被照射物を支持する可動ステージと、偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、レーザ光源から射出された光ビームを導光し、光ビームを被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら被照射物の主面に対し照射する照射手段と、射出制御手段により制御された光ビームを被照射物の主面に対して第１の方向に走査させながら照射するとともに、第１の方向と被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、ステージを照射手段に対して相対移動させる第１の制御手段と、第１の制御手段による制御の後にステージを照射手段に対して第１の方向に相対移動させる制御を行う第２の制御手段とを備え、第２の制御手段により制御がなされた第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、第１の制御手段により制御がなされた照射を被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、被照射物の略全ての被照射面は、異なる複数の位置における第１の制御手段による制御が行われる。
本発明に係る光照射方法は、レーザ光源が光ビームを射出する射出ステップと、偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向ステップを有し、上記レーザ光源から射出された光ビームを導光し、光ビームを被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら被照射物の主面に対し照射する照射ステップと、光ビームの偏向角に応じて、レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御ステップと、射出制御ステップにおいて射出が制御された光ビームを、被照射物の主面に対して第１の方向に走査させながら照射するとともに、第１の方向と被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、被照射物を、照射ステップにおいて被照射物の主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第１の制御ステップと、第１の制御ステップにおける制御の後に、被照射物を、照射ステップにおいて被照射物の主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第２の制御ステップとを備え、第２の制御ステップにおいて制御がなされた第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、第１の制御ステップにおいて制御がなされた照射を被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、被照射物のほぼ全ての被照射面は、異なる複数の位置における第１の制御ステップによる照射が行われる。
本発明に係る他の光照射方法は、レーザ光源が光ビームを射出する射出ステップと、平板状の被照射物を、当該被照射物の主面に平行な方向に移動させる移動ステップと、偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向手段を有し、レーザ光源から射出された光ビームを導光し、光ビームを被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら被照射物の主面に対し照射する照射ステップと、光ビームの偏向角に応じて、レーザ光源からの光ビームの射出を制御する射出制御ステップとを備える。
本発明に係るさらに他の光照射方法は、レーザ光源が光ビームを射出する射出ステップと、偏向角を一定の範囲内で周期的に変化させながら入射した光ビームを偏向する偏向ステップを有し、レーザ光源から射出された光ビームを導光し、光ビームを被照射物の主面に対して沿った第１の方向に沿って走査させながら被照射物の主面に対し照射する照射ステップと、射出制御ステップにおいて射出が制御された光ビームを、被照射物の主面に対して第１の方向に走査させながら照射するとともに、被照射物を、第１の方向と被照射物の主面に沿って直交する第２の方向へ、照射ステップにおいて被照射物の主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第１の制御ステップと、第１の制御ステップにおける制御の後に、被照射物を、照射ステップにおいて被照射物の主面に対して照射された光ビームに対して相対移動させる第２の制御ステップとを備え、第２の制御ステップにおいて制御がなされた第１の方向に沿った互いに異なる複数の位置において、第１の制御ステップにおいて制御がなされた照射を被照射物の同一被照射面にそれぞれ行い、被照射物のほぼ全ての被照射面は、異なる複数の位置における第１の制御ステップによる照射が行われる。
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明を適用したレーザアニール装置を示す斜視図である。
図２は、アニール対象物上におけるスポットの動きを示す図である。
図３は、反射鏡を一定の速度で揺動させたときに、隣接するスポット同士が所定の面積で重なっている状態を示す図である。
図４は、１つのスポットと当該スポットに隣接するスポットとが重畳しない状態を示す図である。
図５は、１つのスポットと当該スポットに隣接するスポットとが重畳した部分の所定距離移動方向の長さが、Ｗｘ／２となる状態を示す図である。
図６は、ガルバノメータに対して印加する三角波電圧と、回転軸の回転角との関係を示す図である。
図７は、制御部による制御を行わない状態で光ビームをアニール対象物に対して照射したときの、スポットの移動を示す図である。
図８は、回転角αと回転角βとの関係を示す図である。
図９は、制御部によって制御した状態で光ビームをアニール対象物に対して照射したときの、スポットの移動を示す図である。
図１０は、カラムが形成されるときのスポットの動きを示す図である。
図１１は、アニール対象物全体をアニールするときのスポットの動きを示す図である。
図１２は、ｉ＝２、且つｎ＝４でアニール対象物に光ビームを照射する方法を示す模式図である。
図１３は、ｉ＝２、且つｎ＝１０でアニール対象物に光ビームを照射する方法を示す模式図である。
図１４Ａは１つのカラムと当該カラムに隣接するカラムの重畳面積が所定の面積よりも大きいときにはアニール対象物に対する光ビームの照射回数がｎ＋ｉ回となることを説明するための図であり、図１４Ｂは１つのカラムと当該カラムに隣接するカラムの重畳面積が所定の面積よりも小さいときにはアニール対象物に対する光ビームの照射回数がｎ−ｉ回となることを説明するための図である。
図１５は、回転角α、回転角β及び回転角Ｙの関係と回転軸の回転角Ｙと被照射物上の照射回数との関係を示し、図１５Ａは回転角α、回転角β及び回転角Ｙの関係α、β、及びγの関係を示し、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、回転軸の回転角Ｙと被照射物上の照射回数との関係を示す図である。
図１６は、光ビームが２回照射された領域の両端に、光ビームが１回照射された領域が形成された状態を示す図である。
図１７Ａはｉ＝２且つｎ＝４でアニール対象物を照射するときに、隣接するカラムとの重畳面積が所定の面積よりも小さいとアニール対象物に対する光ビームの照射回数が３回となることを示す図であり、図１７Ｂはｉ＝２且つｎ＝４でアニール対象物を照射するときに、隣接するカラムとの重畳面積が所定の面積よりも大きいとアニール対象物に対する光ビームの照射回数が５回となることを示す図である。
図１８は、スポットとこのスポットに隣接する他のスポットとが重畳した部分の所定距離移動方向の長さがＷｘ／３であることを示す模式図である。
図１９Ａは、スポットとこのスポットに隣接する他のスポットとが重畳した部分の所定距離移動方向の長さがＷｘ／３の状態で、所定距離移動方向の一端から他端までスポットが移動した状態を示す図であり、図１９Ｂは、スポットとこのスポットに隣接する他のスポットとが重畳した部分の所定距離移動方向の長さＬがＷｘ／３の状態で、所定距離移動方向の一端から他端までスポットが移動した状態を示す図であり、図１９Ｃは、３回領域の両端に、２回領域と１回領域とが順次作製された状態を示す図である。
図２０は、ｎ＝５のときにアニール対象物に対して光ビームを照射する方法を示す模式図である。
図２１は、ｎ＝７のときにアニール対象物に対して光ビームを照射する方法を示す模式図である。
図２２Ａはｎ＝５でアニール対象物を照射するときに、隣接するカラムとの重畳面積が所定の面積よりも小さいとアニール対象物に対する光ビームの照射回数が４回となることを示す図であり、図２２Ｂは図２２Ａと同じ条件でアニール対象物を照射するときに、隣接するカラムとの重畳面積が所定の面積よりも大きいとアニール対象物に対する光ビームの照射回数が６回となることを示す図である。
図２３は、従来のレーザアニール装置を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明をレーザアニール装置に適用した例を挙げて説明する。
本発明を適用したレーザアニール装置１は、図１に示すように、アニール対象物２を支持するとともにアニール対象物２の主面に平行な方向に移動可能とされている可動ステージ３と、光ビームをパルス発振する固体レーザ４と、固体レーザ４から射出された光ビームの光軸に垂直な断面の形状を成形するとともに光ビームのエネルギー密度を均一にする光成形光学系５と、光成形光学系５から射出される光ビームを偏向する反射鏡６と、反射鏡６を一定の速度で振動するガルバノメータ７と、反射鏡６によって偏向された光ビームを上記アニール対象物２に対して照射するｆθレンズ８と、反射鏡６によって偏向された光ビームの偏向角に応じて上記固体レーザ４からの光ビームのパルス発振を制御する制御部９とを備える。
可動ステージ３は、例えばガラス基板上に形成されたａ−Ｓｉ薄膜など平板状のアニール対象物２を支持する。この可動ステージ３は、アニール対象物２の主面に平行であり且つ互いに直交する二方向に移動する。具体的に説明すると、可動ステージ３は、図１中矢印Ａ方向のアニール対象物２の主面に平行で且つ互いに直交する二方向のうちの一方向（以下、所定距離移動方向という。）に、所定の距離ずつ移動する。また、可動ステージ３は、図１中矢印Ｂ方向のアニール対象物２の主面に平行であり且つ互いに直交する二方向のうち所定距離移動方向に直交している方向（以下、定速移動方向という。）に、定速移動する。本例では、可動ステージ３は、所定距離移動方向へ移動するためのねじ送り式パルスモータと、定速移動方向へ移動するためのエアスライド式リニアモータとを備えている。
固体レーザ４は、レーザ光を射出する。固体レーザ４は、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を光によって励起して、レーザビームを射出する。ここで用いられる固体レーザとしては、Ｎｄ：ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦ（イットリウムリチウムフルオライド）レーザ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、及びこれらの高調波レーザなどが挙げられる。
固体レーザ４は、光ビームパルスの射出をオン及びオフすることができる。本例では、固体レーザ４はＱスイッチを備えており、Ｑスイッチがオンのときにレーザロッド内にて誘導放出が殆ど起こらず、反転分布状態の上準位／下準位比はＱスイッチがオフのときと比べて極端に大きくなることを利用して、Ｑスイッチのオンオフを数１０ｋＨｚオーダーの速さで繰り返すことでパルス発振をさせ、Ｑスイッチをオフにし続けることでＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）発振させることができる。ＣＷ発振のときに固体レーザ４から射出される光ビームはエネルギーが弱いので、当該光ビームをアニール対象物２に対して照射しても、アニール対象物２はアニールされない。以後、パルス発振させることをパルスをオンにすると表現し、ＣＷ発振させることをパルスをオフにすると表現する。すなわち、アニール対象物２は、固体レーザ４のパルスをオンとしたときにはアニールされ、オフとしたときにはアニールされない。
光成形光学系５は、ホモジナイザなどを備えており、光ビームのエネルギー密度を平均化するとともに光ビームの光軸に垂直な断面を成形する。光成形光学系５は、光ビームの光軸に垂直な断面を、アスペクト比が低い形状に成形する。本例では、光成形光学系５は、光ビームの光軸に垂直な断面を、Ｗｘ＝１．５〔ｍｍ〕、Ｗｙ＝１〔ｍｍ〕の長方形となるように成形している。
反射鏡６は、光成形光学系５から射出された光ビームを反射することにより、光ビームの進行方向を変化させる。反射された光ビームは、ｆθレンズ８を介してアニール対象物２の主面に入射する。また、反射鏡６は、ガルバノメータ７によって一定の回転角の範囲内を一定の角速度で往復移動させられる（以下、振動という。）。反射鏡６から出射する光ビームは、反射鏡６の姿勢に応じて偏向する。反射鏡６は、ガルバノメータ７によって振動させられていないときには、光成形光学系５から射出された光ビームの進行方向を９０°変化させ、アニール対象物２に対して、アニール対象物２の主面に垂直な方向から光ビームを照射する。
以下においては、ガルバノメータ７によって振動させられていないときの反射鏡６の位置を基準位置と称し、基準位置にある反射鏡６によって反射された光ビームの進行方向を基準方向φ０と称する。そして、反射鏡６によって反射された光ビームの進行方向の基準方向φ０に対する角度φを偏向角と称する。なお、偏向角は、反射鏡６の回転角の２倍となる。また、反射鏡６が基準位置から左回転した方向に位置しているときには、基準位置からの反射鏡６の回転角と当該反射鏡６によって反射された光ビームの偏向角を正の値と定義し、反射鏡６が基準位置から右回りの方向に位置しているときには、基準位置からの反射鏡６の回転角と当該反射鏡６によって反射された光ビームの偏向角を負の値と定義する。
ガルバノメータ７は回転軸７ａを備えており、回転軸７ａに反射鏡６が取り付けられている。ガルバノメータ７は、反射鏡６を、一定の回転角の範囲内を−定の角速度で、図１中矢印Ｈ方向に往復移動させる（以下、振動という。）。ガルバノメータ７が反射鏡６を振動させることで、固体レーザ４から射出された光ビームは、図１中矢印Ａ方向に沿って偏向する。反射鏡６が振動することにより、固体レーザ４から射出された光ビームは、偏向角が所定の範囲内で周期的に変化し、スポット２ａの中心は、図２に示すように、アニール対象物２上を所定の移動方向に所定の範囲Ｄｒｅａｌで往復移動する。Ｄｒｅａｌは、反射鏡６の回転角が変動する範囲によって決定される。本例では、反射鏡６は、回転角が−α（但し、０＜α）の位置から＋αの位置までの範囲を往復移動する。すなわち、スポット２ａが往復移動する範囲Ｄｒｅａｌは、反射鏡６が回転角が−α（偏向角−２α）の位置から＋α（偏向角＋２α）の位置までの範囲を往復移動するときの、アニール対象物２上におけるスポット２ａの中心の軌跡の振幅を示す。
また、ガルバノメータ７が反射鏡６を一定の速度で振動するとともに、反射鏡６によって反射された光ビームがｆθレンズ８を介してアニール対象物２へ照射されることにより、アニール対象物２上のスポット２ａの移動速度は一定になる。アニール対象物２上のスポット２ａの移動速度が一定になることにより、図３に示すように、１つのスポット２ａとこのスポット２ａに隣接する他のスポット２ａとが重畳する面積が一定となる。すなわち、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数のばらつきを抑えることが可能となる。
ガルバノメータ７が反射鏡６を一定の速度で振動させる具体的な方法としては、ガルバノメータ７に対して三角波電圧を印加する方法が挙げられる。
また、ガルバノメータ７に以下の式３１に示す周波数の三角波電圧を印加し、且つ可動ステージ３を式３２に示す速度で定速移動方向に移動させながらアニール対象物２に対して光ビームを照射することにより、レーザアニール装置１は、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数のばらつきをさらに抑えることが可能となり、アニール対象物２を均一に照射することが可能となる。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（２Ｄ）  ・・・（３１）
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（ｉ・Ｄ）  ・・・（３２）
但し、Ｆｒｅｐは固体レーザ４のパルス発振の繰り返し周波数であり、Ｗｘはアニール対象物２上に形成されるスポット２ａの所定距離移動方向の長さであり、Ｗｙはアニール対象物２上に形成されるスポット２ａの定速移動方向の長さであり、ｉはカラム内におけるアニール対象物２に対する光ビームの平均照射回数であり自然数の偶数とされ、Ｄは、ガルバノメータ７が理想的に振動したときに被照射物上に形成される光ビームの中心の軌跡の振幅である。なお、カラムについては詳細を後述する。
ガルバノメータ７に印加する三角波電圧の周波数ｆｇａｌｖｏを式３１に示す周波数とすることにより、図４に示すように、スポット２ａとこのスポット２ａに隣接する他のスポット２ａとは重畳しなくなる。また、ガルバノメータ７に印加する三角波電圧の周波数ｆｇａｌｖｏを式３３に示す周波数とすることにより、図５に示すように、スポット２ａとこのスポット２ａに隣接する他のスポット２ａとが重畳した部分の所定距離移動方向の長さは、Ｗｘ／２となる。
なお、ガルバノメータ７に以下の式３３に示す周波数の三角波電圧を印加し、且つ可動ステージ３を式３４に示す速度で定速移動方向に移動させながらアニール対象物２に対して光ビームを照射することによっても、レーザアニール装置１は、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数のばらつきをさらに抑えることが可能となり、アニール対象物２を均一に照射することが可能となる。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（４Ｄ）  ・・・（３３）
Ｖｓｔａｇｅ＝（２・Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（ｉ・Ｄ）  ・・・（３４）
ｆθレンズ８は、反射鏡６と可動ステージ３との間の光路上に設けられている。ガルバノメータ７によって反射鏡６を一定の角速度で振動させながら光ビームをアニール対象物２上に照射すると、反射鏡６の回転角の変化と、アニール対象物２上のスポット２ａの移動距離とが比例しないため、スポット２ａを一定の速度で移動させることが困難となる。反射鏡６によって反射された光ビームがｆθレンズ８を介してアニール対象物２に対して照射されることにより、反射鏡６の回転角の変化と、アニール対象物２上のスポット２ａの移動距離とが比例するため、ガルバノメータ７が反射鏡６を一定の角速度で振動させることにより、スポット２ａを一定の速度で移動させることが可能となる。
制御部９は、反射鏡６の回転角を検出し、検出した回転角に応じて固体レーザ４のパルスをオン又はオフとする。反射鏡６の回転角は、反射鏡６によって反射された光ビームの偏向角の１／２である。したがって、反射鏡６の回転角を検出することで、反射鏡６によって反射された光ビームの偏向角を検出できる。すなわち、制御部９は、反射鏡６によって反射された光ビームの偏向角に応じて固体レーザ４のパルスをオン又はオフとしている。また、制御部９は、ステージ３に備えられたねじ送り式パルスモータとエアスライド式リニアモータとを制御することにより、ステージ３の定速移動方向への移動と所定距離移動方向への移動とを制御している。
以下では、制御部９が固体レーザ４のパルスをオン又はオフとするときの反射鏡６の具体的な回転角について説明する。
レーザアニール装置１では、アニール対象物２上におけるスポット２ａの移動速度を一定とするために、可動ステージ３を定速移動方向へ定速移動させながら、ガルバノメータ７に三角波電圧を印加して反射鏡６を一定の速度で振動させる。
ところが実際には、反射鏡６の回転が右回りから左回りに変化するとき、及び左回りから右回りに変化するときには、イナーシャなどが原因で、図６に示すように、反射鏡６の回転は、回転方向の変化点近傍で鈍くなる。なお、図６中実線はガルバノメータ７に印加される三角波電圧の変化を示しており、図６中破線は反射鏡６の回転角を示す。図６の横軸は、時間を示しており、縦軸は三角波電圧の値又は回転軸７ａの回転角を示している。
反射鏡６の回転が回転方向の変化点近傍で鈍くなると、アニール対象物２におけるスポット２ａの移動方向の変化点Ｐ近傍では、図７に示すように、１つのスポット２ａと当該スポット２ａに対して所定距離移動方向に隣接するスポット２ａとが重畳する部分の面積が大きくなってしまう。したがって、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数にばらつきが生じてしまう。また、アニール対象物２上に形成されるスポット２ａの中心の軌跡の振幅は、ＤとはならずにＤｒｅａｌとなる。以上説明した理由により、制御部９がスポット２ａの移動方向の変化点近傍で固体レーザ４のパルス発振をオフとすることによって、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数のばらつきを低減することが可能となる。
すなわち、図６及び図８に示すように、反射鏡６の回転が鈍くなり始める角度β（但し、０＜β＜α）を求め、制御部９が、＋βから−βまで反射鏡６が回転している間に固体レーザ４のパルスをオンとすることにより、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数のばらつきを低減することが可能となる。
制御部９によって、固体レーザ４のパルス発振を制御する方法は、以下に説明する通りとなる。
制御部９は、反射鏡６の回転が右回りから左回りに変化した後に反射鏡６の回転角が＋βとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオンとし、続いて反射鏡６の回転角が−βとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオフとする。また、制御部９は、反射鏡６の回転が左回りから右回りに変化した後に反射鏡６の回転角が−βとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオンとし、続いて反射鏡６の回転角が＋βとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオフとする。したがって、反射鏡の回転角が＋βから−βであるとき、すなわち、光ビームの偏向角が＋２βから−２βあるときに、アニール対象物２に対して光ビームが照射される。
制御部９が以上説明したようにレーザ光源４からのパルス発振を制御することにより、図９に示すように、アニール対象物２上の所定の範囲Ｄｒｅａｌ内をスポットが往復移動するときには、移動方向の変化点Ｐ近傍に、スポット２ａが生じなくなる。すなわち、１つのスポット２ａとこのスポット２ａに対して所定距離移動方向に隣接する他のスポット２ａとが重畳する部分の面積が大きくなる領域は形成されなくなる。
以上説明した、本発明が適用されたレーザアニール装置１の動作について説明する。なお、以下の説明では、レーザアニール装置１は、アニール対象物２の主面全体に対して光ビームをｎ回（但し、ｎ＞０。）照射することによって、アニール対象物２をアニールしている。
可動ステージ３上にアニール対象物２が載置されると、ガルバノメータ７が式３１に示す周波数又は式３３に示す周波数で反射鏡６の振動を開始することにより、固体レーザを用いたレーザ光源４から射出された光ビームを所定距離移動方向に直線移動させ、スポット２ａを、所定の範囲Ｄｒｅａｌで繰り返し移動させる。また、可動ステージ３が、式３２又は式３４に示す速度で定速移動方向に定速移動することにより、スポット２ａを、定速移動方向の一方の端部から他方の端部まで定速移動させる。
また、制御部９は反射鏡６の回転角を検出し、検出した回転角に応じてレーザ光源４のパルスのオン及びオフを制御する。具体的に説明すると、制御部９は、反射鏡６の回転角が−β以上＋β以下のときにはレーザ光源４のパルスをオンとし、−β未満又は＋βより大のときにはパルスをオフとする。
以上説明した動作を行うことにより、アニール対象物２上のスポット２ａの軌跡は、図１０に示すように、三角波の尖端部が消失した形状となる。また、所定距離移動方向の長さがＥであり、定速移動方向の長さがアニール対象物２の定速移動方向の長さとほぼ同じである照射領域（以下、カラムという。）１０が形成される。なお、Ｅは、可動ステージ３が移動しない状態で反射鏡６が＋βから−βまで回転したときの、スポット２ａの移動距離である。
そして、可動ステージ３は、定速移動方向への移動が終了すると、所定距離移動方向にｉＥ／ｎ移動する。
レーザアニール装置１では、カラム１０の作製と、可動ステージ３が所定距離移動方向へｉＥ／ｎ移動することとを交互に行うことにより、スポット２ａを、例えば図１１に示すように、アニール対象物２の全面に亘って移動させ、アニール対象物２の全体をアニールすることができる。なお、図１１では、ｉ＝ｎの場合を例に挙げて、アニール対象物２上のスポット２ａの動き示している。
また、本発明が適用されたレーザアニール装置１は、カラム１０を作製するときのアニール対象物２に対する光ビームの照射回数ｉを一定としたときにも、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離を制御することによって、アニール対象物２の主面全体に対する光ビームの照射回数ｎを制御することができる。
例えば、ｉ＝２のときを例に挙げると、ｎ＝４とするためには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離をＥ／２として、図１２に示すように、ｉ＝２であるカラム１０の作製と所定距離移動方向へ可動ステージ３がＥ／２移動することとを交互に行う。また、ｎ＝１０とするためには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離をＥ／５として、図１３に示すようにｉ＝２であるカラム１０の作製と所定距離移動方向へ可動ステージ３がＥ／５移動することとを交互に行う。なお、図１２及び図１３は、アニール対象物２における所定距離移動方向の位置と光ビームの照射回数との関係を模式的に示したものであり、図１２及び図１３中矢印ｚ方向のマス目の数が光ビームの照射回数を示している。
以上説明したように、本発明を適用したレーザアニール装置１は、エネルギーが弱いために光ビームの光軸に垂直な断面のアスペクト比を小さくする必要がある固体レーザ４をレーザ光源として使用したときにも、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数のばらつきを低減することが可能となり、アニール対象物２を充分であり且つ均一なエネルギーでアニールすることができる。
また、レーザアニール装置１では、ｉを固定としたときにも、可動ステージ３が所定距離移動方向へ動く距離を変化させることにより、アニール対象物２全面に対する光ビームの照射回数ｎを変化させることができる。したがって、レーザアニール装置１では、ｎの値に拘わらず式３２又は式３４に示すＶｓｔａｇｅを決定するパラメータのうちの１つであるｉを固定することができるため、Ｆｒｅｐ、Ｗｘ、Ｗｙをレーザアニール装置１特有の値とすればＶｓｔａｇｅが一つの値に決定する。すなわち、レーザアニール装置１は、可動ステージ３の定速移動方向への移動速度の精度と安定性とを、決定したＶｓｔａｇｅに対して高めるのみでよくなり、他のＶｓｔａｇｅに対して高める必要がなくなるために、Ｖｓｔａｇｅの誤差を低減させることが可能となる。したがって、レーザアニール装置１によれば、可動ステージ３の定速移動方向への移動をむらの小さな一定速度で行うことが可能となり、アニール対象物２をさらに均一にアニールすることが可能となる。
以上説明したように、レーザアニール装置１では、射出する光ビームのエネルギーが安定である固体レーザ４をレーザ光源として使用し、固体レーザ４から射出される光ビームを当該光ビームの光軸に垂直な断面の面積が小さくなるように成形して、アニール対象物２に対して照射したときにも、アニール対象物２を均一に照射することが可能となる。したがって、レーザアニール装置１によってアモルファスシリコンをアニールすると、粒径が大きく且つ均一であり、電子やホールの移動度が高いポリシリコンを作製することが可能となる。ここで得られるポリシリコンを用いた薄膜トランジスタは、特性が安定したものとなる。
また、レーザアニール装置１は、レーザ光源として固体レーザ４を採用しているため、例えばガスの入れ換えなどのために動作を停止させる必要性がなくなる。したがって、レーザアニール装置１は、アニール対象物２をアニールする効率が良好なものとなる。
なお、アニール対象物２の周囲には、照射回数がｎ回未満となりアニールが充分に行われない領域が生じる。しかし、通常、アニール対象物２の周囲の数ｃｍは使用しない。したがって、レーザアニール装置１が、充分にアニールされない領域が周囲の数ｃｍ内に形成されるようにアニール対象物２をアニールすることで、レーザアニール装置１によってアニールされた後のアニール対象物２は、充分に使用することが可能となる。
ところで、レーザアニール装置１では、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離に誤差が生じたときには、１つのカラム１０と当該カラム１０に隣接しているカラム１０とが重畳している部分（以下、重畳部分という。）の面積が、所望とする面積と比較して変化する。
重畳部分の面積が所望とする面積と比較して変化すると、アニール対象物２上には、重畳するカラム１０の数がｎ／ｉ＋１個となる領域や、重畳するカラム１０の数がｎ／ｉ−１個となる領域などが生じる。重畳するカラム１０の数がｎ／ｉ＋１個の領域では照射回数がｎ＋ｉ回となり、重畳するカラム１０の数がｎ／ｉ−１個の領域では照射回数がｎ−ｉ回となる。したがって、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動が精度良く行われないときには、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数に、±ｉ回の誤差が生じてしまう。
例えば、ｉ＝２、ｎ＝４としたときには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動はＥ／２となる。可動ステージ３の所定距離移動方向への移動がＥ／２未満となると、アニール対象物２上には、図１４Ａ中に斜線で示すように、照射回数が２回となる領域が生じてしまう。一方、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動がＥ／２より大となると、アニール対象物２上には、図１４Ｂ中に斜線で示すように、照射回数が６回となる領域が生じてしまう。したがって、アニール対象物２上における光ビームの照射回数には、±２回の誤差が生じてしまう。なお、図１４Ａ及び図１４Ｂは、アニール対象物２における所定距離移動方向の位置と光ビームの照射回数との関係を模式的に示したものであり、図中矢印ｚ方向のマス目の数が光ビームの照射回数を示している。
可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離に誤差が生じたときにも、アニール対象物２上の照射回数の差を±ｉ回よりも低減させる方法としては、以下に説明するように、制御部９が固体レーザ４のパルスをオンとする位置と、オフとする位置とを異なる位置にする方法が挙げられる。
先ず、図１５Ａ〜図１５Ｃに示すように、γ（但し、γ＜β）を決定する。
そして、制御部９は、回転軸７ａの回転が右回りから左回りに変化した後に回転軸７ａの回転角が＋γとなった旨を検出したときには固体レーザ４のパルスをオンとし、続いて回転軸７ａの回転角が−βとなった旨を検出したときには固体レーザ４のパルスをオフとする。また、制御部９は、回転軸７ａの回転が左回りから右回りに変化した後に回転軸７ａの回転角が−γとなった旨を検出したときには固体レーザ４のパルスをオンとし、続いて回転軸７ａの回転角が＋βとなった旨を検出したときには固体レーザ４のパルスをオフとする。
以上説明したように制御部９が固体レーザのＱスイッチを制御することにより、図１５Ｂ、図１５Ｃに示すように、光ビームがｉ回照射された領域（以下、ｉ回領域という。）３１の所定距離移動方向の両端に、光ビームがｉ／２回照射された領域（以下、ｉ／２回領域という。）３２ａ，３２ｂが形成される。
ｉ回領域３１は、回転軸７ａの回転角が−２γから＋２γであるときに光ビームが照射された領域である。
また、ｉ／２回領域３２ａ，３２ｂの一方は回転軸７ａの回転角が＋２γから＋２βであるときに光ビームが照射された領域であり、他方は回転軸７ａの回転角が−２βから−２γであるときに光ビームが照射された領域である。
そして、ｉ回領域３１と一方のｉ／２回領域３２ａとを合わせた範囲をカラム３３と設定し、カラム３３の所定距離移動方向の長さＬ１に基づいて、可動ステージ３を所定距離移動方向に移動させる。すなわち、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動は、ｉＬ１／ｎとなる。
以上説明したように制御部９が固体レーザ４のパルスのオン・オフを制御するときには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離がｉＬ１／ｎより長くなることにより、重畳するカラム３３の数がｎ／ｉ＋１個とされた領域では照射回数がｎ＋ｉ／２回となる。さらに、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離がｉＬ１／ｎ未満となることによって、重畳するカラム３３の数がｉ−１個とされた領域では、照射回数がｎ−ｉ／２回となる。したがって、アニール対象物２全体に対する光ビームの照射回数ｎに対する誤差を、±ｉ／２回に低減することが容易となる。
例えば、ガルバノメータ７に印加する三角波電圧が式３３で示される周波数であり且つｉ＝２であるときには、図１６に示すように、照射回数が２回の領域３５の所定距離移動方向の両端に、照射回数が１回の領域３６ａ，３６ｂが形成される。そして、照射回数が２回の領域３５と照射回数が１回の領域３６ａとをカラム４０とする。
以上説明した条件で、例えばｎ＝４としたときには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離は、Ｌ１／２となる。可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離がＬ１／２未満となると、図１７Ａ中に斜線で示すように、アニール対象物２上に照射回数が３回となる領域が生じる。一方、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離がＬ１／２より大となると、図１７Ｂ中に斜線で示すように、アニール対象物２上に照射回数が５回となる領域が生じる。したがって、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数の誤差は±１回となる。なお、図１７Ａ及び図１７Ｂは、アニール対象物２における所定距離移動方向の位置と光ビームの照射回数との関係を模式的に示した図であり、図中矢印ｚ方向のマス目の数が光ビームの照射回数を示している。
レーザアニール装置１は、以上説明したように制御部９がパルスのオン又はオフを制御するとともにｉ＝２とすることにより、アニール対象物２に対する照射回数の誤差を±１回とすることが可能となり、照射回数の誤差を低減することが可能となる。
また、レーザアニール装置１は、ｉ＝２としたときにも、所定距離移動方向への可動ステージ３の移動距離を制御することによって、アニール対象物２の主面全体に対する光ビームの照射回数を変化させることが可能となる。ｉ＝２としたときには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離は、２Ｌ１／ｎとなる。すなわち、ｎ＝２０のときには、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動距離をＬ１／１０とすることにより、アニール対象物２の主面全体に対する光ビームの照射回数を、２０回とすることが可能となる。
したがって、本発明が適用されたレーザアニール装置１では、ｉを最小値の２としてアニール対象物２をアニールすることが好ましい。レーザアニール装置１は、以上説明したように制御部９がパルスのオン又はオフを制御するとともにｉ＝２とすることにより、可動ステージ３の所定距離移動方向の移動距離に誤差が生じたときにも、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数の誤差を±１に抑えることが可能となる。
なお、γは、例えば、ｉ回領域３１の所定距離移動方向の長さと、ｉ／２回領域３２ａ，３２ｂの所定距離移動方向の長さとの比から決定される。例えば、ｉ回領域３１の所定距離移動方向の長さと一方のｉ／２回領域３２ａの長さとの比がＲであるときには、２β／γ＝Ｒを解くことによってγを決定する。
なお、制御部９によるパルスのオン及びオフの制御は、以上説明した方法に限定されない。例えば、制御部９は、回転軸７ａの回転が右回りから左回りに変化した後に回転軸７ａの回転角が＋βとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオンとし、続いて回転軸７ａの回転角が−γとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオフとするとともに、回転軸７ａの回転が左回りから右回りに変化した後に回転軸７ａの回転角が−βとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオンとし、続いて回転軸７ａの回転角が＋γとなった旨を検出したときに固体レーザ４のパルスをオフとしてもよい。
ところで、以上説明した方法によってアニール対象物２上の照射回数の差を低減させる方法は、ｉが偶数のときに有効となる。以下では、レーザアニール装置１によって、ｎを奇数としたときにもアニール対象物２上の照射回数の差を低減させることが可能となるように、ｉ＝３であり且つ照射回数の誤差を低減することが可能であるカラムを作製する方法について説明する。
先ず、ガルバノメータ７に印加する三角波電圧の周波数ｆｇａｌｖｏを以下の式３５で示すような、式３１で示された周波数を２／３倍した周波数とする。
ｆｇａｌｖｏ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ）／（３Ｄ）  ・・・（３５）
ガルバノメータ７に印加する三角波電圧の周波数ｆｇａｌｖｏを式３５に示す周波数とすることにより、スポット２ａとこのスポット２ａと隣接する他のスポット２ａとが重畳した部分の所定距離移動方向の長さは、図１８に示すように、Ｗｘ／３となる。
また、反射鏡６の回転角が＋γから＋βの間に照射される領域における所定距離移動方向の長さ、及び反射鏡６の回転角が−βから−γの間に照射される領域における所定距離移動方向の長さが１／３Ｗｘとなるように、γを決定する。
さらに、可動ステージ３の定速移動方向への移動速度Ｖｓｔａｇｅを、以下の式３６に示す速度とする。
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｆｒｅｐ・Ｗｘ・Ｗｙ）／（３Ｄ）  ・・・（３６）
なお、式３５に示すように、ガルバノメータ７に印加する三角波電圧の周波数は、式３１で示された周波数ｆｇａｌｖｏを２／３倍することによる補正がなされている。したがって、可動ステージ３の定速移動方向への移動速度Ｖｓｔａｇｅについても、式３３にｉ＝３を代入したものではなくなり、補正されたものとなる。
以上説明したようにｆｇａｌｖｏ、γ、Ｖｓｔａｇｅを設定してレーザアニール装置１を動作させると、図１９Ａに示すように、スポット２ａと当該スポット２ａに隣接するスポット２ａとが重畳する部分の所定距離移動方向の長さがＷｘ／３の状態で、スポット２ａが所定距離移動方向の一端から他端まで移動することと、図１９Ｂに示すように、スポット２ａとこのスポット２ａに隣接する他のスポット２ａとが重畳する部分の所定距離移動方向の長さがＷｘ／３の状態で、所定距離移動方向の一端から他端までスポット２ａが移動することとが交互に行われる。
そして、図１９Ｃに示すように、光ビームの照射回数が３回である領域（以下、３回領域という。）５１の所定距離移動方向の一端に、光ビームの照射回数が２回である領域（以下、２回領域という。）５２ａと、光ビームの照射回数が１回である領域（以下、１回領域という。）５３ａとが順次形成されるとともに、３回領域５１の所定距離移動方向の他端に、２回領域５２ｂと、１回領域５３ｂとが順次形成される。なお、２回領域５２ａ、１回領域５３ａ、２回領域５２ｂ、１回領域５３ｂは、それぞれ同じ幅となる。
次に、３回領域５１、一方の２回領域５２ａ、及び一方の１回領域５３ａをカラム６０と考えて、カラム６０の所定距離移動方向の長さＬ２に基づいて、可動ステージ３を所定距離移動方向に移動させる。すなわち、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動は、ｉＬ２／ｎとなる。
以上説明したｉ＝３であるカラム６０の形成と、ｉ＝２であるカラム４０の形成とを組み合わせることにより、照射回数ｎをどのような奇数に設定することも可能となる。但し、Ｌ１＝Ｌ２でなくてはならない。
例えば、ｎ＝５とするときには、図２０に示すように、カラム６０を作製した後に、可動ステージ３を所定距離移動方向に３Ｌ２／４移動させることと、カラム４０を作製した後に可動ステージ３を所定距離移動方向にＬ１／４移動させることとを交互に行う。
また、ｎ＝７とするときには、図２１に示すように、第１のステップとしてカラム６０を作製した後に可動ステージ３を所定距離移動方向に３Ｌ２／８移動させ、第２のステップとしてカラム４０を作製した後に可動ステージ３を所定距離移動方向にＬ１／４移動させ、第３のステップとしてカラム４０を作製した後に可動ステージ３を所定距離移動方向に３Ｌ１／８移動させる。そして、第１のステップと、第２のステップと、第３のステップとを順次繰り返す。
以上説明したように、ｉ＝３のカラム６０を作製することにより、ｎを奇数としたときにも、可動ステージ３が所定距離移動方向へ移動するときの移動距離が所望の距離よりも短く隣接するカラムと重畳する面積が増えるときには、照射回数の誤差が＋１回となり、可動ステージ３が所定距離移動方向へ移動するときの移動距離が所望の距離よりも短く隣接するカラムと重畳する面積が減るときには、照射回数の誤差が−１回となる。
例えば、図２０に示す方法でｎ＝５とするときには、カラム６０を作製した後の可動ステージ３の所定距離移動方向への移動が３Ｌ２／４未満となると、図２２Ａ中に斜線で示すように、照射回数が４回となる領域が生じる。一方、可動ステージ３の所定距離移動方向への移動が３Ｌ２／４より大となると、図２２Ｂ中に示すように、照射回数が６回となる領域が生じる。したがって、誤差は±１回となる。
すなわち、以上説明したようにｉ＝３のカラム６０を作製することにより、アニール対象物２上に照射される光ビームの照射回数ｎを奇数としたときにも、アニール対象物２に対する光ビームの照射回数の誤差を、±１回に低減することが可能となる。
なお、図２０、図２１、図２２は、アニール対象物２における所定距離移動方向の位置と光ビームの照射回数との関係を模式的に示したものであり、図中矢印ｚ方向のマス目の数が光ビームの照射回数を示している。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。
【産業上の利用可能性】  本発明は、エネルギーが弱いために光軸に垂直な断面のアスペクト比を低くした光ビームを、偏向しながら被照射物に対して照射したときにも、被照射物に対する光ビームの照射回数のばらつきを低減することができる。したがって、本発明に係る照射装置は、レーザ光源として、出射される光ビームのエネルギーが弱いものの安定である固体レーザを使用することが可能となり、被照射物を充分であり且つ均一なエネルギーで照射することができる。
また、本発明は、第１の制御により形成される照射領域内を光ビームが照射する回数を固定したときにも、第２の制御における可動ステージの移動距離を制御することによって、被照射物に対する光ビームの照射回数を制御することが可能となる。したがって、第１の制御において可動ステージの第１の方向の移動速度を決定するパラメータの１つを固定とすることができるため、可動ステージが第１の方向へ移動するときの移動速度の誤差を低減することが可能となる。すなわち、本発明に係る照射装置は、被照射物に対する光ビームの照射回数のばらつきを低減することが可能となる。
したがって、本発明を用いてアモルファスシリコンをアニールすると、粒径が大きく且つ均一であり、電子やホールの移動度が高いポリシリコンを作製することが可能となり、このポリシリコンを用いた薄膜トランジスタの特性を安定化することができる。
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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