JP2002176007A - レーザ処理装置のレーザパワーの測定方法と測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のレーザビームを被照射物、例えば、半
導体膜表面に照射をするレーザ熱処理装置に使用するレ
ーザパワーの測定方法と測定装置に関して、複数の並列
した照射ビームによる長手方向での照射温度分布を均一
にするために、正確に且つ効率的にレーザ発振器からの
レーザ出力を制御しようとするものである。 【解決手段】 複数のレーザ発振器から対応するレーザ
光学系を経由して複数のレーザビームを被照射物の表面
に照射をするレーザ熱処理装置のレーザパワーを測定す
る際に、レーザ光学系と半導体膜表面との間の各レーザ
ビーム光路でレーザビームの出力を測定する。特に、各
光路にパワーメータを直接挿入する方法や、各光路にレ
ーザ光を反射する全反射ミラーまたは部分反射ミラーを
挿入して全反射または部分反射のレーザ光をパワーメー
タにより測定し、測定したデータで発振器出力を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザビー
ムを被照射物表面に照射をするレーザ加熱装置に使用す
るレーザパワーを測定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームを被照射物表面に照射をす
るレーザ加熱法は、広く使用されており、その例とし
て、基板上に成膜された非晶質のケイ素膜にレーザビー
ムを照射して加熱して多結晶のケイ素膜にする技術が知
られている。

【０００３】多結晶のケイ素膜は、例えば、液晶パネル
の画素部に使用されている。液晶パネルの画素部は、ガ
ラスや合成石英の基板上に形成した多結晶のケイ素膜を
利用して、多結晶のケイ素膜に作製された薄膜トランジ
スタのスイッチングにより、画像を構成している。この
ような多結晶のケイ素膜は、通常は、先に基板上に非晶
質のケイ素膜を形成し、これを加熱処理することにより
多結晶化して、多結晶のケイ素膜を基板として多数の画
素トランジスタ回路を形成している。

【０００４】しかしながら、基板上に被膜形成されたケ
イ素膜は、そのままでは、トランジスタ能動層を構成す
るには結晶性が低いので、薄膜トランジスタは、キャリ
ア移動度が低く、高速性と高性能が要求される集積回路
への利用は困難であった。そこで、高移動度の薄膜トラ
ンジスタを実現するために、ケイ素膜結晶性を改善する
方法として、基板上に形成したケイ素膜に照射レーザビ
ームを走査して、溶融凝固の過程で結晶化するレーザ熱
処理が行われている。

【０００５】非晶質ケイ素膜のレーザ照射による結晶化
操作は、詳しくは、レーザビームを照射しながら結晶膜
の表面を走査して、ケイ素膜を照射部位で加熱溶融しな
がら、加熱部位の進行に伴って、溶融部位を順次冷却さ
れ、この冷却過程で、一定の幅で溶融したケイ素膜を凝
固することにより結晶化するものである。この方法は、
所要範囲をレーザビーム走査することにより、広い範囲
で結晶性のケイ素膜を製造することができる。

【０００６】従来のケイ素膜の処理方法は、レーザビー
ムの出力を安定させることが必要であるが、従来のレー
ザ熱処理装置では、図６に示すように、レーザパワーの
測定は、レーザ発振器１からの放射レーザ２を、レーザ
光学系３よりも前の位置で反射ミラー７１介して反射分
割し、その反射光をパワーメータにより行なっていた。

【０００７】レーザ発振器の放射レーザの光路に、部分
反射ミラーを挿入して、その分岐光をモニターし、その
出力データをレーザ発振器の制御系にフィードバックす
ることによりレーザパワーを一定に保つように制御して
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、非晶質
のケイ素膜の広い範囲を効率的に結晶化するために、照
射レーザビームの断面形状を、ケイ素膜上で細長く線状
に成形して、その線状のビームを狭幅方向に照射する方
法を提案している（特願平１１−１７９２３３号）が、
さらに、複数のレーザ発振器からのレーザビームを並列
して照射して走査することにより、１回のパスで、通常
の単一のビーム幅の複数倍の照射幅を結晶化することが
できる。この方法では、ビームの走査方向にのみ結晶成
長（一方向性成長）させて、広幅の大きな結晶粒を晶出
させて、欠陥の少ない良質の結晶ケイ素膜を製造するも
のである。

【０００９】然しながら、この方法においては、照射幅
の全域に渡って均一で大きな結晶粒を作るのは比較的困
難で、その原因の１つは、複数の照射レーザビームのい
ずれかの出力が変動すると、結晶粒径の大きい領域と小
さい領域とが形成される。このような混合領域にわたっ
て形成されたトランジスタ素子は、素子の動作特性が形
成場所が異なると異なったり、電気的性能に変動が生じ
る。

【００１０】さらに、複数の照射レーザビームのどれか
に異常に大きな強度分布があると、その部分のケイ素膜
に溶損や剥離を生じたり、或いは、逆に、異常に小さい
強度分布であると、溶融できず、凝固による粒成長を伴
わないで微細結晶のまま残されたりする。

【００１１】特に、単一のレーザ発振器からのレーザビ
ームを分割した複数本のレーザビームを用いたり、複数
のレーザ発振器からの複数のレーザビームを用いるレー
ザ熱処理装置では、各々のレーザビームが異なるレーザ
光学系を通るので、レーザ発振器の出口でレーザパワー
を測定していては、最終的にケイ素膜上の照射レーザビ
ームのパワーを均一にするように調整することが困難で
あった。

【００１２】本発明は、複数の並列した照射ビームによ
る照射強度ないし温度分布を均一にするために、正確に
且つ効率的にレーザ光学系からのレーザ出力を測定する
方法とその装置を提供するものである。さらに、測定さ
れたレーザ出力により、レーザ光学系を制御して、被照
射物上の照射レーザパワーを一定に制御する方法とその
装置を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の測定方法は、複
数のレーザ発振器から対応するレーザ光学系を経由して
複数のレーザビームを被照射物表面に照射をするための
レーザ熱処理装置からのレーザパワーを測定する方法で
あるが、その特徴は、レーザ光学系と被照射物表面との
間の各光路で、レーザビームの出力を測定することにあ
る。これにより、複数の照射レーザビームのレーザ出力
を直接測定して比較することができ、比較データから、
各レーザ発振器の出力を調整して、被照射物表面におけ
る各照射レーザビームの強度分布を均一にすることがで
きる。

【００１４】本発明の測定装置は、複数のレーザ発振器
から対応するレーザ光学系を経由して複数のレーザビー
ムを被照射物表面に照射をするレーザ熱処理装置に使用
するレーザパワーの測定装置であって、レーザ光学系と
被照射物表面との間の各レーザビーム光路にレーザビー
ムの出力を測定するパワーメータを含むことを特徴とす
る。

【００１５】本発明においては、上記各光路にパワーメ
ータを直接挿入して、レーザパワーを測定してもよい。
また、別の方法は、パワー測定は、上記各光路にレーザ
光を反射する全反射ミラーを挿入して全反射光をパワー
メータにより測定することもなされる。本発明は、パワ
ー測定を、上記各光路にレーザビームの一部を反射させ
る部分反射ミラーを載置して、部分反射光をパワーメー
タにより測定することができる。部分反射ミラーは、レ
ーザビームの強度の一部、例えば１〜１０％だけを反射
させて、パワーメータに入力して測定される。

【００１６】部分反射ミラーの使用は、被照射物への照
射をする前において、また、被照射物表面へのレーザビ
ーム照射中であっても、各レーザビームの部分反射光の
パワーを、それぞれパワーメータにより、測定すること
ができる利点がある。

【００１７】反射ミラーを介して反射光を測定する方法
と装置においては、レーザパワーの測定には、複数のレ
ーザビームにつき１個のパワーメータと１個の全反射ミ
ラーを配置してもよく、また、レーザビームの数と同数
の組のパワーメータと全反射ミラーとを配置して使用し
てもよい。

【００１８】特に、本発明は、部分反射光のパワーを連
続的に測定して、レーザ熱処理装置の照射レーザビーム
のレーザパワーを制御する方法を含む。この制御方法に
おいては、パワーメータにより測定した各部分反射光の
測定レーザパワー値に基づいて、各レーザ発振器からレ
ーザ光学系へのレーザビーム出力を制御して、被照射物
表面の複数の照射レーザビームの強度を均一に調整する
ものである。この制御方法は、測定レーザパワー値を予
め設定した基準のレーザパワー値と比較して、各レーザ
発振器からレーザ光学系へのレーザビーム出力を基準の
パワーになるように制御することもなされる。

【００１９】本発明のレーザパワー制御装置は、上記の
レーザパワーの測定装置が測定した各部分反射光の測定
レーザパワー値に基づいて各レーザ発振器からレーザ光
学系へのレーザビーム出力を制御する制御装置を備え、
半導体膜表面の複数の照射レーザビームの強度分布を均
一に調整するものを含む。この制御装置は、測定レーザ
パワー値を予め設定した基準のレーザパワー値と比較し
て、各レーザ発振器からレーザ光学系へのレーザビーム
出力を制御し、各照射レーザビームの出力が基準のレー
ザパワーになるように制御することもなされる。

【００２０】特に、本発明の方法は、レーザビームを照
射して処理する被照射物には、半導体膜、誘電体膜ない
し絶縁体膜、超電導体膜などが含まれる。半導体膜は、
適当な基板上に被着形成した半導体の薄膜がある。特
に、半導体膜として、基板表面に成膜された非晶質若し
くは結晶質のケイ素膜に適用できる。特に、このような
ケイ素膜は、液晶パネルの画素部に使用される薄膜トラ
ンジスタ用の結晶基板として利用される。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態は、被照射物と
して半導体膜の結晶化を複数のレーザビームを照射して
行なうための熱処理装置におけるレーザパワーの測定方
法とその測定装置を挙げる。このレーザ熱処理装置にお
いては、レーザ発振器からの複数のレーザビームを複数
のレーザ光学系に入射し、各レーザ光学系は、各ビーム
を半導体膜上に照射する。さらに、レーザ光学系は、半
導体膜上での照射レーザビームの断面形状を長方形ない
し線状に成形し、複数の線状の照射レーザビームを長手
方向に配列して、照射レーザビームは、相対的に、半導
体膜表面に走査するように制御される。

【００２２】レーザ熱処理装置は、レーザビームの数に
対応して複数のレーザ発振器を配置して、各レーザ発振
器からのレーザビームを、対応するレーザ光学系に入射
して、ビーム形状を成形する。他の方法には、単一のレ
ーザ発振器からの放射レーザビームを複数のレーザビー
ムに分割して、対応する複数のレーザ光学系にそれぞれ
入射することもできる。

【００２３】本発明においては、レーザ光学系は、レー
ザ発振器からの断面円形状のガウス強度分布を有する放
射ビームを、長四角形状ないし線状の断面形状に成形す
るものであり、ビームの断面形状を、光軸に垂直な面内
のある一方向に延伸して且つ強度分布を一様に均一化
し、この一方向に対して直交方向には、狭幅に圧縮す
る。半導体膜表面上に照射された照射レーザビームの形
状は、長四角形ないしその幅を狭くした線状にされ、そ
の強度分布は、照射レーザビームの長手方向にできるだ
け均一にされる。

【００２４】レーザ光学系の例として、レーザ発振器か
らのレーザビームを上記一方向には対面する１対の反射
面を有する導光路と、導光路からのビームを、該一方向
に対して直交する方向に集光する円筒レンズとから成る
ものを挙げることができる。この光学系の場合、導光路
では、対面する反射面により多数回の反射を繰り返して
上記一方向には強度分布を均一にする。他方の円筒レン
ズは、導光路からの入射ビームを上記直交方向に収束し
て、半導体膜表面上に照射するもので、照射レーザビー
ムは、該一方向に長くてその強度分布一様であって、且
つ、直交方向には線状に集光したプロフィルが得られ
る。

【００２５】このような複数の線状の照射レーザビーム
は、半導体膜表面にビーム長手方向に一列に並べて、走
査される。その配列の一例は、隣り合う照射レーザビー
ムの周辺部同士が一部重なり合うように隙間を設けずに
配置され、この場合、合成された照射レーザビームは、
各照射レーザビームの強度分布が実質的に同じになるよ
うに調整することにより、その長手方向の強度分布を均
一にすることができる。

【００２６】本発明は、上記レーザ光学系と半導体膜表
面との間のレーザビームの光路にパワーメータを挿入し
て、光路の強度分布ないしパワーを実測する。好ましく
は、半導体膜の結晶化に最適のレーザパワーを基準とし
て設定しておき、各照射レーザビームの測定パワーを基
準レーザパワーと比較して、その比較データから各照射
レーザビームのパワーを、実質的に等しくなるように調
整する。また、それら実測した各照射レーザビームのパ
ワーを比較して、その比較のデータにより複数の照射レ
ーザビームのパワーを実質的に同一レベルに調節しても
よい。

【００２７】本発明のレーザパワーの測定方法と測定装
置は、各レーザ光学系から半導体膜に照射される各レー
ザビームの光路に、パワーメータを直接挿入して、パワ
ーメータの出力からその部位でのレーザビームパワーを
測定する方法が利用できる。この測定法においては、レ
ーザビームの数に応じたパワーメータを準備して、上記
光路に同時にまたは別異に挿入して測定してもよく、測
定能率が高い。また、１個のパワーメータを各光路に挿
入してもよく、この方法は、パワーメータ間の測定誤差
が解消されるので、各レーザビーム間の測定精度が高く
なる利点がある。

【００２８】他の方法は、各レーザ光学系から半導体膜
に照射される各レーザビームの光路に、反射ミラーを挿
入し、反射ミラーからの反射光をパワーメータに照射し
て、その出力からレーザビームパワーを測定する方法を
利用できる。反射ミラーには、全反射ミラーを利用し
て、レーザビームの全パワーを反射させ、その出力を測
定する方法と、部分反射ミラーを挿入して、レーザビー
ムの一部を反射させてパワーメータに照射して、その出
力から、レーザビームパワーを算出する方法も利用でき
る。上記の部分反射ミラーの反射率を一定に、例えば、
１〜１０％の範囲の特定の反射率の反射ミラーを使用し
て、反射レーザビームのパワーを測定するのがよい。

【００２９】照射レーザビームの調整に際しては、各レ
ーザ発振器からのレーザ光学系への入射レーザパワーを
調整してなされる。特に、このようなレーザ発振器各々
には、レーザ光学系との間にアッテネータが配置され、
上記レーザパワーのデータにより各アッテネータを制御
してレーザビームの減衰率を調整し、アッテネータを通
過する各レーザビームのパワーを制御して、複数の照射
レーザビームのパワーを実質的に同一レベルに調節する
ことができる。

【００３０】さらに、本発明においては、照射レーザビ
ームのパワーの調節は、結晶化のための照射ビームの走
査の前に行なって、照射レーザビームのパワーを調整す
ることができるが、さらに、照射レーザビームの走査中
に、レーザビームのパワーを測定して、上記の比較デー
タによりレーザ光学系への入射レーザパワーを逐次調整
することにより、変動を抑制することができる。

【００３１】以下には、半導体膜として非晶質ケイ素膜
を選び、非晶質ケイ素膜を結晶化する過程でのレーザビ
ームのパワー測定方法と測定装置と、それによる制御方
法の具体例を示す。

【００３２】実施の形態１．図１において、レーザ熱処
理装置は、非晶質ケイ素膜５を成膜した基板５０を載置
するステージ６と、この例は、３基のレーザ発振器１
（１ａ〜１ｃ）と同数の対応するレーザ光学系３（３ａ
〜３ｃ）と、レーザ光学系から水平に放射されたビーム
をステージ上の基板５０に垂直に照射するためのビーム
反射鏡４（４ａ〜４ｃ）とにより成っている。

【００３３】このようなレーザ熱処理装置において、パ
ワー測定用のレーザパワーメータ７（７ａ〜７ｃ）が、
ビーム反射鏡４と非晶質ケイ素膜５との間の各光路にお
けるレーザビーム８０（８０ａ〜８０ｃ）に挿入され
る。

【００３４】各レーザパワーメータ７からの出力信号
は、別体のモニター（不図示）により表示されるように
なっており、各レーザビームの光路において測定された
レーザパワーを参照しながら、各レーザパワー、この例
は、３つのレーザビーム８０a〜８０ｃのパワーが、大
よそ等しくなるように、レーザ発振器からのレーザ出力
をアッテネータ（不図示）により調節する。これによ
り、半導体膜５上に照射された各照射レーザビーム８ａ
〜８ｃのパワーを実質的に等しくすることができる。

【００３５】この実施形態では、レーザ加熱処理の前
に、予め各レーザパワーを実測して、各照射レーザビー
ム８ａ〜８ｃのパワーを調整しておくので、照射中は、
各照射レーザビーム８ａ〜８ｃのパワーを均一にするこ
とがでる。

【００３６】図５（Ａ）のように、各照射レーザビーム
８ａ、８ｂ、８ｃの強度分布Ｐｙａ、Ｐｙｂ、Ｐｙｃに
変動があっても、レーザ光学系とケイ素膜との中間の光
路で、パワーを測定し、測定したパワーデータにより、
発振器出力を調節することにより、図５（Ｂ）に示すよ
うに、均一な強度分布Ｐｙａ、Ｐｙｂ、Ｐｙｃを得るこ
とができ、このような長手方向に均一に強度分布の照射
レーザビーム８をケイ素５膜上に走査することにより、
一方向に成長した広幅の結晶帯域とすることができる。

【００３７】実施の形態２．レーザパワー測定方法と測
定装置の次の例は、レーザ熱処理装置は、非晶質ケイ素
膜５を成膜した基板５０を載置するステージ６と、３基
のレーザ発振器１（１ａ〜１ｃ）と同数の対応するレー
ザ光学系３（３ａ〜３ｃ）と、レーザ光学系から水平に
放射されたビームをステージ上の基板５０に垂直に照射
するためのビーム反射鏡４（４ａ〜４ｃ）とにより構成
され、図２に示すように、パワー測定時には、測定用の
全反射ミラー７１（７１ａ〜７１ｃ）が、ビーム反射鏡
４と非晶質ケイ素膜５との間の各光路に挿入されて、レ
ーザビーム８０（８０ａ〜８０ｃ）が横方向に反射さ
れ、その反射レーザビーム８１（８１ａ〜８１ｃ）のそ
れぞれをパワーメータ７（７ａ〜７ｃ）に照射して、パ
ワーを測定する。各光路で測定したパワーのデータは、
それぞれレーザ発振器のこの例では、アッテネータ（不
図示）にフィードバックすることにより、ケイ素膜５の
表面での上記３つの照射レーザビーム８（８ａ〜８ｃ）
のレーザ強度を等しくすることができる。

【００３８】実施の形態３．本発明の別の実施形態のレ
ーザパワー測定方法と測定装置においては、レーザ光学
系とケイ素膜の間の光路に、そのレーザビームのパワー
の数％のレーザ光を横方向に反射させる部分反射ミラー
を挿入し、反射レーザのパワーを測定するものである。

【００３９】この実施形態のレーザ熱処理装置は、非晶
質ケイ素膜５を成膜した基板５０を載置するステージ６
と、３基のレーザ発振器１（１ａ〜１ｃ）と同数の対応
するレーザ光学系３（３ａ〜３ｃ）と、これらレーザ光
学系から横方向に放射されたビームをステージ上の基板
５０に垂直に照射するためのビーム反射鏡４（４ａ〜４
ｃ）とにより構成され、図３に示すように、パワー測定
時には、測定用の部分反射ミラー７１（７１ａ〜７１
ｃ）が、ビーム反射鏡４と非晶質ケイ素膜５との間の各
光路に挿入されて、レーザビーム８０（８０ａ〜８０
ｃ）が横方向に反射され、その反射レーザビーム８１
（８１ａ〜８１ｃ）のそれぞれをパワーメータ７（７ａ
〜７ｃ）に照射して、パワーを測定する。

【００４０】各光路で測定したパワーのデータは、それ
ぞれレーザ発振器のアッテネータ（不図示）にフィード
バックすることにより、ケイ素膜５の表面での上記３つ
の照射レーザビーム８（８ａ〜８ｃ）のレーザ強度を等
しくすることができる。

【００４１】この実施形態では、上記の部分反射ミラー
７１（７１ａ〜７１ｃ）に入射したレーザビーム８０
（８０ａ〜８０ｃ）の大部分は透過して、そのまま、ケ
イ素膜５表面に照射されるので、ステージの走査しなが
らケイ素膜５を加熱処理して、結晶化処理することもで
き、この実施形態は、このような照射レーザビーム走査
中でも随時、レーザパワーの測定ができる利点がある。

【００４２】実施の形態４．さらに、上記の図３で示し
た測定用の部分反射ミラー７１（７１ａ〜７１ｃ）を使
用して部分的に反射したレーザビームのパワーを測定る
方法を、連続化して、レーザ熱処理装置のレーザパワー
の制御方法に利用することができる。

【００４３】図４において、この実施形態のレーザ熱処
理装置は、非晶質ケイ素膜５を成膜した基板５０を載置
するステージ６と、３基のレーザ発振器１（１ａ〜１
ｃ）と同数の対応するレーザ光学系３（３ａ〜３ｃ）
と、これらレーザ光学系から横方向に放射されたレーザ
ビーム８０（８０ａ〜８０ｃ）をステージ上の基板５０
に垂直に照射するためのビーム反射鏡４（４ａ〜４ｃ）
とにより構成され、測定用の部分反射ミラー７１（７１
ａ〜７１ｃ）が、ビーム反射鏡４と非晶質ケイ素膜５と
の間の各光路に挿入されており、部分反射ミラー７１
（７１ａ〜７１ｃ）の反射方向には、パワーメータ７
（７ａ〜７ｃ）が配置されている。パワーメータ７（７
ａ〜７ｃ）のパワー測定信号は、制御装置７３に接続さ
れ、制御装置７３には、パワー測定信号と予め設定され
たパワー設定データと比較するための比較器（不図示）
を備えて、制御装置７３は、比較データを各レーザ発振
器１（１ａ〜１ｃ）のアッテネータに入力して、レーザ
発振出力を制御するようにされている。

【００４４】部分反射ミラー７１（７１ａ〜７１ｃ）に
入射したレーザビーム８０（８０ａ〜８０ｃ）の一部、
例えば５％ のパワーのレーザビーム８１（８１ａ〜８
１ｃ）が横方向に反射され、その反射レーザビーム８１
（８１ａ〜８１ｃ）のそれぞれをパワーメータ７（７ａ
〜７ｃ）に照射して、パワーを測定する。

【００４５】他方、部分反射ミラー７１（７１ａ〜７１
ｃ）を透過した残部レーザビームは、それぞれ、ケイ素
膜に照射される。この状態で、ステージの移動により、
照射レーザビームがケイ素膜上を走査して熱処理により
結晶化しながら、同時に、連続的に、パワーメータ７に
より各レーザビームのパワーを測定して、制御装置７３
により、パワー設定データと比較し、比較データに基づ
いて、各レーザ発振器のレーザパワーを制御して、この
例では、３つの照射レーザビーム８（８ａ〜８ｃ）の強
度分布を、図５（Ｂ）に示すように、常に、均一に保持
する。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、照射されるべき複数のレーザ
ビームの出力を、レーザ光学系と被照射物表面との間の
各レーザビーム光路で測定するので、複数の照射レーザ
ビームによる広い面積にわたる均一なレーザ処理が可能
となる。

【００４７】また、パワー測定を、上記各光路にパワー
メータを直接挿入するようにすれば、異なるレーザ光学
系から来るレーザビームの強度を各々測定し、それをレ
ーザ発振器にフィードバックすることにより、被照射物
上の照射位置でのレーザ強度を全て実質的に同一にでき
る。

【００４８】レーザパワー測定を、上記各光路にレーザ
光を反射する全反射ミラーを挿入して反射光をパワーメ
ータにより測定すれば、異なるレーザ光学系から来るレ
ーザビームの強度を各々測定し、それをレーザ発振器に
フィードバックすることにより、照射位置でのレーザ強
度を全て同一にできる。

【００４９】パワー測定を、上記各光路にレーザビーム
の一部を反射させる部分反射ミラーを挿入し、部分反射
光をパワーメータにより測定すれば、被照射物表面に照
射しながら、パワー測定することができる。

【００５０】特に、被照射物の表面へのレーザビーム照
射中に、各レーザビームの部分反射光のパワーをそれぞ
れパワーメータにより測定するようにすれば、被照射物
表面に照射して、照射しながら、同時に、照射位置での
照射レーザビーム強度を等しくすることが連続的に制御
できる。特に、被照射物として、半導体膜に照射して結
晶化させるようにすれば、結晶化操作中に、レーザ発振
器出力の時間的変動に対して全ての照射レーザビーム強
度を均一にして、結晶粒が大きく移動度の大きい半導体
膜を製造することができる。

【００５１】本発明の測定方法と測定装置は、半導体膜
として、非晶質または結晶質のケイ素膜に適用すれば、
１回の走査パスで広幅の結晶粒界の少ない健全な多結晶
ケイ素膜が得られ、特に、薄膜シリコントランジスタの
性能の均一化と向上に寄与することができる。

【００５２】本発明のレーザパワー制御方法を、レーザ
パワー測定方法と測定装置により測定した各部分反射光
の測定レーザパワー値を比較して、各レーザ発振器から
レーザ光学系へのレーザビーム出力を制御して、半導体
膜表面の複数の照射レーザビームの強度分布を均一に調
整するようにすれば、照射レーザビームの強度分布の連
続制御が可能となり、高性能の多結晶半導体膜、特に、
ケイ素膜を製造することができる。

【００５３】本発明の測定装置は、照射されるべき複数
のレーザビームの出力を、レーザ光学系と被照射物表面
との間に備えたパワーメータにより各レーザビーム光路
で測定するので、複数の照射レーザビームによる広い面
積にわたる均一なレーザ照射処理が可能となるため、ス
ループットが著しく向上する。

【００５４】本発明の測定装置は、上記各光路にパワー
メータを直接挿入するようにすれば、異なるレーザ光学
系から来るレーザビームの強度を各々測定し、それをレ
ーザ発振器にフィードバックすることにより、被照射物
上の照射位置でのレーザ強度を全て実質的に同一にでき
る。

【００５５】本発明の測定装置は、上記各光路にレーザ
光を反射する全反射ミラーを備えておれば、反射光をパ
ワーメータにより測定するので、異なるレーザ光学系か
ら来るレーザビームの強度を各々測定し、それをレーザ
発振器にフィードバックすることにより、照射位置での
レーザ強度を全て同一にできる。

【００５６】本発明の測定装置は、上記各光路にレーザ
ビームの一部を反射させる部分反射ミラーを備えて、部
分反射光をパワーメータにより測定すれば、被照射物表
面に照射して処理をしながら、パワー測定することがで
きる。

【００５７】本発明の測定装置は、特に、被照射物の表
面へのレーザビーム照射中に、各レーザビームの部分反
射光のパワーをそれぞれパワーメータにより測定するよ
うにすれば、被照射物表面に照射して、照射しながら、
同時に、照射位置での照射レーザビーム強度を等しくす
ることが連続的に制御できる。特に、被照射物として、
半導体膜に照射して結晶化させるようにすれば、結晶化
操作中に、レーザ発振器出力の時間的変動に対して全て
の照射レーザビーム強度を均一にして、結晶粒が大きく
移動度の大きい半導体膜を製造することができる。

【００５８】本発明の測定装置は、半導体膜として、非
晶質または結晶質のケイ素膜に適用すれば、１回の走査
パスで広幅の結晶粒界の少ない健全な多結晶ケイ素膜が
得られ、特に、薄膜シリコントランジスタの性能の均一
化と向上に寄与することができる。

【００５９】本発明のレーザパワー制御装置を、測定装
置により測定した各部分反射光の測定レーザパワー値を
比較して、各レーザ発振器からレーザ光学系へのレーザ
ビーム出力を制御して、半導体膜表面の複数の照射レー
ザビームの強度分布を均一に調整するようにすれば、照
射レーザビームの強度分布の連続制御が可能となり、高
性能の多結晶半導体膜、特に、ケイ素膜を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るレーザパワー測定方
法と測定装置を使用するレーザ光学系と、走査ステージ
上に載置した基板上のケイ素膜とを示すレーザ熱処理装
置を示す図。

【図２】 本発明の別の実施形態に係るレーザパワー測
定方法と測定装置を使用するレーザ光学系とケイ素膜の
レーザ熱処理装置を示す図。

【図３】 本発明の実施形態に係るレーザパワー測定方
法と測定装置を使用するレーザ光学系とケイ素膜のレー
ザ熱処理装置を示す図。

【図４】 本発明の実施形態に係るレーザパワー測定方
法と測定装置を使用するレーザ光学系とケイ素膜のレー
ザ熱処理装置を示す図。

【図５】 本発明の実施形態に係るレーザパワー測定方
法と測定装置に関して、照射レーザビームの分布を示す
（Ａ、Ｂ）。

【図６】 従来のレーザパワー測定方法と測定装置を使
用するレーザ光学系を示す。

【符号の説明】

１ レーザ発振器、３ レーザ光学系、４ 反射鏡、５
ケイ素膜、６ ステージ、７ パワーメータ、７１
反射ミラー、７２ 部分反射ミラー、８ 照射レーザビ
ーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｍ (72)発明者 佐藤 行雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 西前 順一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AA11 AB09 BA01 BB11 BB14 BB49 BC21 4E068 CA02 CB09 CC01 CD04 5F052 AA02 BA07 CA07 DA02 5F072 HH02 JJ20 KK05 KK15 KK30 YY08

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレーザ発振器から対応するレーザ
   光学系を経由して複数のレーザビームを被照射物表面に
   照射するレーザ熱処理装置のレーザパワーの測定方法で
   あって、レーザ光学系と被照射物表面との間の各レーザ
   ビーム光路でレーザビームの出力を測定することを特徴
   とするレーザ光学系のレーザパワー測定方法。
2. 【請求項２】 レーザパワー測定方法が、上記各光路に
   パワーメータを直接挿入することを特徴とする請求項１
   記載のレーザパワー測定方法。
3. 【請求項３】 パワー測定は、上記各光路にレーザ光を
   反射する全反射ミラーを挿入して反射光をパワーメータ
   により測定することを特徴とする請求項１記載のレーザ
   パワー測定方法。
4. 【請求項４】 レーザパワー測定方法が、上記各光路に
   レーザビームの一部を反射させる部分反射ミラーを挿入
   し、部分反射光をパワーメータにより測定することを特
   徴とする請求項１記載のレーザパワー測定方法。
5. 【請求項５】 被照射物表面へのレーザビーム照射中
   に、各レーザビームの部分反射光のパワーをそれぞれパ
   ワーメータにより測定する請求項４に記載の測定方法。
6. 【請求項６】 上記被照射物が、基板表面に成膜された
   非晶質若しくは結晶質のケイ素膜である請求項１ないし
   ５のいずれかに記載の測定方法。
7. 【請求項７】 請求項４又は５に記載のレーザパワー測
   定方法により測定した各部分反射光の測定レーザパワー
   値により各レーザ発振器からレーザ光学系へのレーザビ
   ーム出力を制御して、被照射物表面上の複数の照射レー
   ザビームの強度分布を均一に調整することを特徴とする
   レーザ熱処理装置の照射レーザビームのレーザパワー制
   御方法。
8. 【請求項８】 複数のレーザ発振器から対応するレーザ
   光学系を経由して複数のレーザビームを被照射物表面に
   照射をするレーザ熱処理装置に使用するレーザパワーの
   測定装置であって、 該測定装置が、レーザ光学系と被照射物表面との間の各
   レーザビーム光路にレーザビームの出力を測定するパワ
   ーメータを含むことを特徴とするレーザ光学系のレーザ
   パワー測定装置。
9. 【請求項９】 上記パワーメータが、上記各光路に直接
   挿入された請求項８記載のレーザパワー測定装置。
10. 【請求項１０】 測定装置が、上記各光路にレーザ光を
    反射する全反射ミラーを備え、該全反射ミラーからの反
    射光を上記パワーメータにより測定する請求項８記載の
    レーザパワー測定装置。
11. 【請求項１１】 上記測定装置が、上記各光路にレーザ
    ビームの一部を反射させる部分反射ミラーを備え、該部
    分反射ミラーからの部分反射光をパワーメータにより測
    定する請求項８記載のレーザパワー測定装置。
12. 【請求項１２】 上記被照射物が、基板表面に成膜され
    た非晶質若しくは結晶質のケイ素膜である請求項８ない
    し１１のいずれかに記載の測定装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１又は１２に記載のレーザパ
    ワー測定装置が、測定した各部分反射光の測定レーザパ
    ワー値により各レーザ発振器からレーザ光学系へのレー
    ザビーム出力を制御する制御装置を備え、被照射物表面
    の複数の照射レーザビームの強度分布を均一に調整する
    ことを特徴とするレーザ熱処理装置の照射レーザビーム
    のレーザパワー制御装置。