JP2002176008A

JP2002176008A - 照射レーザビームの測定方法とその測定装置

Info

Publication number: JP2002176008A
Application number: JP2000374260A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ogawa; 哲也小川; Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Yukio Sato; 行雄佐藤; Junichi Nishimae; 順一西前
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】基板に被膜形成した被照射膜、例えば、非晶
質の半導体膜、特に、ケイ素膜をレーザ照射加熱して多
結晶半導体に形成するため、照射レーザビームの測定方
法とその測定装置について、照射レーザビームのパワー
またはプロフィルを測定する方法を提供する。【解決手段】被照射膜、例えば、半導体膜をその表面
にレーザビームを照射して熱処理するレーザ処理装置に
使用するレーザビームの強度測定方法において、半導体
膜を形成した基板と該基板を搭載するステージとが上記
レーザビームを透光可能にされて、半導体膜に照射され
たレーザビームの一部を基板とステージと通過させてレ
ーザビーム検出手段により検出し、照射レーザビームの
プロフィルを測定する。特に、ステージが、半導体膜の
直下位置に開口する貫通孔を備えて、半導体膜と基板を
透過したレーザビームを貫通させてレーザビーム検出手
段に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上の被照射膜
にレーザ照射をしてレーザ処理する際の被照射膜上の照
射レーザビームのプロフィルを測定する方法とその装置
に関するものであり、さらに、半導体膜、特に、非晶質
ケイ素膜をレーザ照射して加熱して多結晶に形成するた
めのレーザ熱処理装置に使用する照射レーザビームの測
定方法とその測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に形成した皮膜表面にレーザ照射
してレーザ処理することは行なわれており、特に、レー
ザビームの局部的な加熱作用を利用して、基板上の皮膜
表面を加熱処理することがなされている。例えば、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
しながら走査して、ケイ素膜の加熱溶融と凝固の過程
で、ケイ素膜を大きな結晶粒に成長させ、格子欠陥の少
ない多結晶のケイ素膜にする技術が知られている。

【０００３】基板上に形成した多結晶ケイ素膜は、例え
ば、液晶パネルの画素部に利用され、画素部において
は、多結晶ケイ素膜に薄膜トランジスタを形成して、そ
のスイッチングにより、画像を構成している。

【０００４】しかし、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
結晶性が低いと、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
は困難である。そこで、上記のように基板上に形成した
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を行ない、高移動度の薄膜
トランジスタを実現している。

【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
がらケイ素膜上の加熱部位を進行させて、溶融部位が順
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、ケイ素膜上の所要範囲にレーザビームを繰り
返し走査することにより、広い範囲で多結晶性ケイ素膜
を製造することができる。

【０００６】ケイ素膜の加熱結晶化処理方法は、結晶の
成長を安定化するために、レーザビームの出力を安定さ
せることが必要であり、このため、レーザパワーの測定
が適宜なされている。従来のレーザ熱処理装置では、図
７に示すように、レーザ発振器１からの放射レーザビー
ム２をレーザ光学系３に通して、基板５上のケイ素膜５
に照射するが、レーザパワーの測定は、レーザ発振器１
とレーザ光学系３との間の光路に反射ミラー４６を介し
て反射分割し、その反射光をパワーメータ９２により行
なっていた。そして、パワーメータからの出力データを
レーザ発振器１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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、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）。

【０００８】さらに、この方法を拡張して、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もできる。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しようとするものである。

【０００９】然しながら、この方法においても、照射幅
の全域に渡って均一で大きな結晶粒を作るには特に注意
が必要で、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混
合形成される。このような混合領域に跨って形成された
トランジスタ素子は、素子の動作特性が形成場所が異な
るごとに異なり、成形されたトランジスタに電気的性能
に変動が生じる。さらに、複数の照射レーザビームのど
れかが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。

【００１０】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、従来の測定方法のようにレーザ発振
器の出口でレーザパワーを測定していては、レーザ光学
系の間のばらつきによって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調整することは困難であっ
た。

【００１１】このような問題は、ケイ素膜の結晶化以外
にも、基板上の薄膜をレーザ照射により加熱処理を行な
う場合にも同様に生じる。

【００１２】本発明は、以上の問題に鑑み、基板上に形
成した被照射膜の、特に、半導体膜の表面に照射された
照射レーザビームのパワーまたはプロフィルを測定する
方法とその装置を提供しようとするものである。本発明
は、また、複数の照射レーザビームによる長手方向での
照射レーザビームの強度分布を測定する方法と装置を提
供するものである。本発明は、さらに、これらのデータ
から、正確に且つ効率的にレーザ照射手段からの照射レ
ーザ出力を制御して、半導体膜表面上の照射レーザビー
ムの強度分布を均一化しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザビーム強
度測定方法は、被照射膜をその表面にレーザビームを照
射して熱処理するレーザ熱処理装置に使用するレーザビ
ームの強度測定方法において、被照射膜を形成した基板
と該基板を搭載するステージとが、上記レーザビームを
透光可能にされて、被照射膜に照射されたレーザビーム
の一部が基板及びステージを通過した通過光をレーザビ
ーム検出手段により検出してビームプロフィルを測定す
るものである。

【００１４】本発明のレーザビームの強度測定装置は、
被照射膜を被着形成した基板を載置するステージと、該
被照射膜表面にレーザビームを照射するレーザビーム照
射手段とから成る加熱装置に使用されるもので、測定装
置は、上記の基板とステージとがレーザ光に対して透光
可能にされて、ステージ下方にレーザビーム検出手段が
配置されている。レーザビーム照射手段から被測定膜に
照射されたレーザビームの一部を被測定膜と基板とさら
にステージと通過させて、レーザビーム検出手段により
検出し被測定膜上の照射レーザビームのプロフィルを測
定するものである。

【００１５】本発明の測定方法とその装置は、被照射膜
が、レーザ光に対して、吸収性と適度の透光性を有する
半透光性膜であれば、利用することができ、被照射膜
は、例えば、半導体皮膜、誘電体ないし絶縁体皮膜、超
電導体皮膜などを含む。レーザビーム照射手段からのレ
ーザビームは、被照射膜に照射されて加熱するが、照射
レーザビームの一部は、半透光性である被照射膜を透過
し、さらに、被照射膜を形成して担持する基板を透光
し、ステージを通過して、レーザビーム検出手段に入射
する。レーザビーム検出手段により、被照射膜上の照射
レーザビームの強度とその分布を測定する。

【００１６】本発明においては、ステージは、ステージ
自体を透明性材料で構成してもよいが、被照射膜の直下
位置に開口する貫通孔を備えるのが好ましく、貫通孔
は、被照射膜と基板とを透過したレーザビームを貫通さ
せてレーザビーム検出手段に照射することができる。

【００１７】ステージは、大きな貫通孔を形成して、上
記基板の周縁を支持する枠体として利用することもでき
る。枠体上に基板が載置され、基板上の被照射膜を照射
したレーザビームが貫通孔の範囲内にあるときは、レー
ザビーム検出手段によりレーザビームを測定することが
できる。

【００１８】ステージの貫通孔には、長手方向がレーザ
ビームの走査方向である単数又は複数のスロットも採用
できる。特に、スロットは、１ショットのビーム照射領
域（即ち、被照射膜表面上の照射レーザビーム寸法）よ
り幅広として、１個または２個以上開設したものが利用
できる。

【００１９】レーザビーム検出手段は、レーザビームの
全エネルギーを測定できる光検出器、例えば、パワーメ
ータが利用される。好ましくは、レーザビームの断面形
状を検出できる撮像素子、例えば固体撮像素子が利用さ
れる。

【００２０】本発明においては、上記の基板は、被照射
膜を予め被膜形成して担持するものであるが、レーザ光
に対して透光性の材料、好ましくは、板材である。例え
ば、ガラス板、特に石英板がある。基板は、レーザ加熱
に耐える耐熱性のものが好ましい。

【００２１】本発明は、上記の被照射膜には、特に半導
体膜に利用され、特に、半導体膜は、ケイ素膜を含む。
ケイ素膜は、上記の被照射膜が該基板上に被着形成され
た非晶質若しくは多結晶質のケイ素膜を適用でき、例え
ば、非晶質又は多結晶質のケイ素膜にレーザ照射をして
大きな結晶粒を有する多結晶化する際に、そのケイ素膜
表面での照射レーザプロフィルを測定することができ
る。

【００２２】レーザビームは、被照射膜の性質と処理に
対応して、適当な波長光を使用できるが、赤外光、可視
光、ないし紫外光を利用できるが、ケイ素膜に対して
は、好ましくは、波長３３０〜８００ｎｍの可視光レー
ザが利用される。この波長域のレーザ光は、大部分がケ
イ素膜に吸収されて加熱するが、その一部はケイ素膜を
透過するので、その透過光をレーザビーム検出手段に受
光して、その強度を測定することができる。特に、レー
ザビームは、上記波長域にあるレーザ源としてＮｄやＹ
ｂなどのイオンドープされた結晶若しくはガラスを励起
媒質としたＱスイッチ発振固体レーザの高調波を使用す
るのがよい。

【００２３】本発明は、上記の検出手段によるレーザビ
ームの測定方法により得られたレーザビーム強度データ
を、予め設定された設定データと比較して、比較データ
によりレーザ照射手段を制御して、被照射膜、ないし
は、半導体膜上での照射レーザビームの強度ないしはそ
の強度分布を一定に制御される。このために、レーザ照
射手段に出力制御装置を備えて比較データに基づいて、
照射レーザビームのプロフィルを調整することが採用さ
れる。

【００２４】本発明の測定方法と測定装置は、加熱処理
に複数のレーザビームを被照射膜に照射して処理する場
合にも適用でき、この場合には、複数のレーザビームに
個別の、又は共通の１個の、レーザビーム検出手段を配
置して、被照射膜上の各照射レーザビームの強度ないし
プロフィルを測定することができ、これらの照射レーザ
ビームの強度ないしプロフィルのデータから、上記の出
力制御装置を経由して、複数の照射レーザビームを均一
に、又は、所望のプロフィルに調整することも含む。

【００２５】

【発明の実施の形態】この実施形態は、被照射膜として
半導体膜を使用して、半導体膜のレーザ熱処理に利用す
るレーザビームの強度測定方法とその装置について説明
する。レーザ熱処理装置は、半導体膜を被着形成した基
板を載置するステージと、該半導体膜表面にレーザビー
ムを照射するレーザビーム照射手段と、から成り、ステ
ージは、半導体膜を形成した基板を載置する載置台であ
るが、通常は、走査機構を備えて、２方向に水平走査可
能とされる。

【００２６】レーザビーム照射手段は、レーザ光源とし
てのレーザ発振器と、レーザ発振器から放射レーザビー
ムをステージ上に固定した基板上の半導体膜表面に所要
のビーム形状を備えて照射する光学系を備えている。レ
ーザビーム照射手段は、通常は、さらに、レーザ発振器
と光学系との間に、レーザ出力を制御するためのアッテ
ネータを含む。

【００２７】光学系は、通常は、半導体膜表面の照射レ
ーザビームのビーム形状を調整するビーム成形機能を有
するが、本発明では、ビーム形状は円形としてもよい
が、好ましくは、長方形状またはさらに狭幅の線状とす
るのが好ましい。この線状ビーム形状とするために、光
学系の例として、レーザ発振器からの入射レーザ光の光
軸にほぼ平行で１対の対面する反射面を備えて一方向に
強度分布を一様にする導波路と、この導波路からのビー
ムをその直交方向にだけ集光して半導体膜に結像する円
筒レンズとから成る構造を挙げることができる。このよ
うな線状の照射レーザビームは、半導体膜表面の一方向
に長く伸びてその直交方向に狭幅とされ、半導体膜を狭
幅方向（長手方向に直角）に掃引することにより、連続
して帯状に加熱されて、凝固過程で結晶化する。

【００２８】本発明は、基本的には、基板対しては透過
性を有し、半導体膜に対しては加熱のための光吸収性と
いくらか透過性があるレーザ光を用いられ、レーザビー
ムを半導体膜に照射して加熱すると共に、照射したレー
ザ光の一部が半導体膜内を透過させて、基板を透過して
その裏側に配置したレーザビーム検出手段により透過レ
ーザビームを受光し、そのビーム強度またはビームの強
度分布を測定するものである。

【００２９】このステージは、基板を支持するものであ
り、通常は、ステージに走査手段を設けて、ステージを
走査掃引することにより、レーザビームに対して、基板
上の半導体膜を走査する。

【００３０】ステージには、その直下のレーザビーム検
出手段と照射レーザビーム位置との間を貫通できる貫通
孔が設けられている。貫通孔は、測定時に照射レーザビ
ームの基板を透過した透過光がレーザビーム検出手段に
到達できるように適宜配置される。レーザビーム検出手
段は、ステージ下方に、基板上の半導体膜の照射レーザ
ビーム位置の下方に、好ましくは、その直下に、配置さ
れている。

【００３１】この実施形態においては、レーザビームを
照射して結晶化させる半導体膜には、ケイ素膜を利用す
ることができる。ケイ素膜は、透光性のセラミック基板
又はガラス基板、例えば、石英ガラスの基板表面に、Ｃ
ＶＤ法など気相形成法により、非晶質ケイ素膜を被膜形
成されたものが利用できる。非晶質ケイ素膜は、予め融
点以下のアニーリングにより、多結晶化されていてもよ
い。

【００３２】上述のように、ケイ素膜を対象としたと
き、レーザビームには、波長域３３００〜８００ｎｍの
レーザ光（可視光域である）が利用できる。この範囲の
波長光は、ケイ素膜に対して、ある程度の透過性を有
し、照射されたレーザビームの一部はそのケイ素膜を透
過するので、基板のガラスを透過し、さらに、貫通孔を
通過して、検出手段に入射するのである。

【００３３】このようなレーザ光源には、ケイ素膜を対
象にすると、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２又は第３高調
波、Ｎｄ：ガラスレーザの第２又は第３高調波、Ｎｄ：
ＹＶＯ ₄レーザの第２又は第３高調波、Ｎｄ：ＹＬＦレ
ーザの第２高調波または第３高調波、Ｙｂ：ＹＡＧレー
ザの第２又は第３高調波、Ｙｂ：ガラスレーザの第２又
は第３高調波を使用することができる。また、Ｔｉ：Ａ
ｌ₂Ｏ₃（サファイア）レーザの基本波または第２高調波
を使用することもできる。特に、ケイ素膜に対しては、
レーザビームは、Ｎｄ又はＹｂのイオンドープした結晶
又はガラスを励起媒質としたＱスイッチ発振固体レーザ
発振器が利用でき、上記波長範囲の高調波レーザを用い
る。

【００３４】本発明は、上述の如く、半導体膜を透過し
たレーザビームを検出手段に受光してレーザパワーを計
測するが、このために、基板を載置して支持するステー
ジには、基板上のケイ素被膜表面に照射したレーザビー
ムの延長方向に貫通孔を位置付け、レーザビーム検出手
段は、ステージの下方で、透過してレーザビームを受光
できる位置に配置される。この配置で、レーザビーム検
出手段は、半導体膜に照射されたレーザビームを基板の
後方、即ち下方から観察することが可能になる。

【００３５】ここに、レーザビーム検出手段は、単に、
ステージ貫通孔を貫通したレーザビームをレーザビーム
検出手段に受光してレーザビームの強度ないしパワーの
測定を行なうことも含む。パワー測定には、パワーメー
タが利用できる。

【００３６】レーザビーム検出手段は、照射レーザビー
ムのプロフィル測定にも使用され、この場合には、半導
体膜のレーザ照射位置を物体面として、転写レンズ系ま
たはカメラを用いて結像面に転写し、像面位置に設置し
たレーザビーム検出手段により、半導体膜表面でのビー
ムプロフィルを測定する。この場合のレーザビーム検出
手段には、ＣＣＤなどの固体撮像素子、ＣＭＯＳセンサ
ー及びフォトダイオードアレイが利用され、得られた信
号は、そのレーザ断面形状と形状における強度分布を表
している。レーザビーム検出手段は、ディスプレー装置
に接続されて、ディスプレー装置に測定した強度や、特
に、プロフィルを画像表示してもよい。この検出手段
は、記録装置に記録されるようにしてもよい。

【００３７】検出手段に得られたレーザビームプロフィ
ルデータは、マイクロプロセッサその他の制御手段によ
り、設定データとを比較して、比較データにより出力制
御装置を制御して照射レーザビームのプロフィルを調整
するのに使用するのが好ましい。レーザビーム照射手段
は、通常は、出力制御装置として、レーザ発振器と光学
系との間に、レーザ出力を制御するためのアッテネータ
を設けており、比較データにより、アッテネータを調整
して、被照射膜上の照射レーザビームの強度ないしプロ
フィルを一定に保持する。この制御方法は、特に、複数
の照射レーザビームによりレーザ照射する場合につい
て、ビーム間の強度変動を抑制して、均一な入熱を確保
するのに有効になる。

【００３８】実施の形態１．この実施形態においては、
レーザ処理装置は、半導体膜として非晶質ケイ素膜の溶
融結晶化を行うものである。図１に示すように、ケイ素
膜５を形成した基板７を載置する可動ステージ６が設け
られ、可動ステージ６上方には、レーザ発振器１と、レ
ーザ発振器１からのレーザビーム２が入射されてケイ素
膜５表面に照射した照射レーザビーム８の形状を線状に
調節するレーザビーム光学系３とが横方向に配置されて
いる。さらに、装置は、レーザビーム光学系３からの成
形されたレーザビームを垂直方向にケイ素膜５表面に向
けて反射する照射鏡４と、反射光８０を、ケイ素膜５表
面に結合する集光レンズ４５とを含んでいる。

【００３９】この実施形態では、レーザ発振器には、上
記のケイ素膜に対して、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ
を使用して、その第２高調波（５３２ｎｍ）を用いてい
る。

【００４０】この実施形態は、この図１において、可動
ステージ６は、ｘ−ｙ２方向に走査可能な走査手段（不
図示）に取り付けられ、可動ステージは、貫通孔６０を
設けた枠体６１であり、枠体６１上には、ガラスの基板
６の周縁部のみが載置される。

【００４１】可動ステージ６の貫通孔６０下方には、転
写レンズ９０とレーザビーム検出手段としての固体撮像
素子９とが配置されており、この例は、ケイ素膜５の表
面位置を物体面とし、物体面のレーザビーム画像を転写
レンズ系９０を用いて結像面に転写し、結像面位置に設
置したレーザビーム検出手段として固体撮像素子９（こ
の例はＣＣＤ）を用いている。この場合は、固体撮像素
子９が結像面画像を電気的に撮像して、その画像信号を
をモニタ（不図示）に再生する。画像信号を解析すれ
ば、ケイ素膜上の照射レーザビーム８のプロフィルを観
察し、その強度分布を求める。

【００４２】この実施形態の測定装置は、上記の如く、
可動ステージ６を走査しながらレーザ照射によりケイ素
膜５の結晶化処理を連続して実施している際に、固体撮
像素子９によるケイ素膜５の表面位置における照射レー
ザビーム８の撮像プロフィルを連続的に提供することが
できる。この場合は、ＣＣＤの前方に光強度減衰フィル
タを配置するのが好ましい。

【００４３】実施の形態２．この実施形態では、上記実
施形態と同様に、可動ステージ６が、ｘ−ｙ２方向に走
査可能な走査手段（不図示）に取り付けられ、この例で
は、可動ステージ６は、貫通孔６０を細長のスロット６
２、即ち、狭幅の溝状の貫通孔としてあり、他の領域は
広いステージ面６３が確保されている。

【００４４】スロット６２は、その長手方向を照射レー
ザビームの走査方向とし、その幅は、形状が線状の照射
レーザビーム８の長さより広幅にされている。可動ステ
ージ６の下方には、転写レンズ９０と、レーザビーム検
出手段としての固体撮像素子９とが配置され、ケイ素膜
上の小視野レーザビームが、可動ステージ６のスロット
６２を通過したときには、その照射レーザビームを測定
してプロフィルを求めることができる。

【００４５】この実施形態は、ステージ面６２を広い載
置面として利用できるので、特に、ガラス基板が薄く
て、又は、大面積を有していて、撓みやすいものである
ときにも、安定して撓みなく支持でき、従って、ケイ素
膜に平坦性の良好な状態でレーザ加熱による結晶化処理
をすることができる。この場合には、照射レーザビーム
が上記のスロット直上にあるようなステージの特定位置
に限り、ビームのプロフィルの測定が可能となる。

【００４６】実施の形態３．この実施形態は、上記のス
テージに、貫通孔６０として、複数の平行なスロット６
２、即ち、狭幅の溝状の貫通孔、を配置した例を示す。
スロット６２は、その長手方向を、照射レーザビームの
走査方向に平行にし、且つその幅を、ケイ素膜上での照
射レーザビームの長さより大きくして、ステージの走査
に際して、ケイ素膜表面上の照射レーザビームが、スロ
ット６２上に位置付けられるように配置されている。

【００４７】この実施形態は、相隣接するスロット６２
の間は、基板載置のためのステージ面として利用できる
ので、特に、撓みやすいガラス基板５０を使用する場合
にも、ステージ面に、安定して載置して、且つケイ素膜
を平坦性を保持しながらレーザ照射を可能にし、さらに
は、スロット位置では、照射レーザビームを、可動ステ
ージ６の下方の転写レンズ９０と、レーザビーム検出手
段としての固体撮像素子９とにより測定してプロフィル
を求めることができる。

【００４８】実施の形態４．透過したレーザビームのプ
ロフィルの測定の例として、ここでケイ素膜に照射され
た照射レーザビームがケイ素膜を透過した透過光強度を
測定する例を以下に示す。図４において、上記実施の形
態１の装置と同じであるが、レーザビーム検出手段９に
は、ここではレーザパワーメータ９２を使用して、ケイ
素膜からの透過光がガラス基板５０を透過し且つ、貫通
孔６０を通過した透過レーザビームの強度を測定する。

【００４９】この方法は、特に好ましくは、レーザ照射
による結晶化操作の継続中に、連続して又は断続して、
透過レーザビームの強度をレーザパワーメータ９により
測定し、その測定したレーザパワーメータ９２の出力デ
ータを、制御装置７３で予め設定されたレーザ強度と比
較して、比較データに基づいて、レーザ発振器１の出力
を制御するもので、これにより、ケイ素膜５への照射レ
ーザの強度を常に一定に保持することができる。

【００５０】実施の形態５．この実施例は、３つの照射
レーザビームを長手方向に連接したレーザ熱処理装置に
本発明の測定方法を行なう例を示すが、図５において、
レーザ熱処理装置は、３組のレーザ発振器１ａ〜１ｃと
レーザ光学系３ａ〜３ｃと反射鏡４ａ〜４ｃとが水平に
連接されて、反射鏡４ａ〜４ｃに反射された各レーザビ
ーム８０ａ〜８０ｃは、ケイ素膜５の表面で結合され
て、線状の照射レーザビーム８ａ〜８ｃが直線状に集光
して形成されている。

【００５１】この例では、ステージ６とレーザビーム検
出手段９、９０には、実施の形態１と同様に、大きな貫
通孔で刳りぬいた枠体６１と、転写レンズ９０と撮像素
子ＣＣＤ９０を使用している。

【００５２】ケイ素膜にレーザビーム照射して結晶化操
作中に、ケイ素膜上の照射レーザビーム８（８０ａ〜８
０ｃ）の形状を転写レンズ９０を介して、ＣＣＤ９の撮
像面９９に転写し、ＣＣＤが撮像した転写画像信号を適
宜解析して、照射レーザビーム８のプロフィルと強度分
布を求めるものである。このようにして測定したプロフ
ィルは、図６（Ａ，Ｂ）に示すようにまとめることがで
きるが、図６（Ａ）は３つの照射レーザビーム８０ａ〜
８０ｃが合成されているが、測定された３つのレーザビ
ームのｙ方向の強度分布Ｐｙａ、Ｐｙｂ、Ｐｙｃが不揃
いであり不均一であるが、この測定プロフィルのデータ
に基づいて、レーザ発振器１ａ〜１ｃの放射レーザ出力
を調整して、図６（Ｂ）ように、ｙ方向の強度分布Ｐｙ
ａ、Ｐｙｂ、Ｐｙｃが揃って、ｙ方向の合成した強度分
布Ｐｙが均一になるように調整することができる。この
プロフィル制御操作は、実施の形態４に記載した制御方
法を適用することにより、完全に自動化することができ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明のレーザビーム測定方法は、被照
射膜を形成した基板とステージとが、レーザビームを透
光可能にされて、半導体膜に照射されたレーザビームの
一部が基板及びステージを通過した通過光をレーザビー
ム検出手段により検出してビームプロフィルを測定する
もので、被照射膜上の照射位置での照射レーザビームの
プロフィルの直接像の測定が可能となり、また、その強
度測定が可能になり、被照射膜へのレーザビーム入力を
知ることができる。

【００５４】本発明の測定方法は、ステージが、被照射
膜の直下位置に開口する貫通孔を備えて、被照射膜と基
板を透過したレーザビームを貫通させるので、ステージ
の下方に検出手段を配置することができ、被照射膜の照
射位置での照射レーザビームのプロフィルの直接像の測
定が可能となる。

【００５５】本発明の測定方法において、ステージが、
上記基板の周縁を支持する枠体であれば、走査中に被照
射膜全面についての、プロフィルを測定することができ
る。

【００５６】さらに、本発明の測定方法が、ステージの
貫通孔を、長手方向がレーザビームの走査方向にされた
単数又は複数のスロットとすれば、薄いガラス基板や大
きな面域の基板で、いずれも可撓性のある基板に対して
も、ステージ上で基板平坦性を保持しながらレーザ加熱
処理とレーザビームの測定とを行なうことができる。

【００５７】被照射膜を半導体膜とすれば、半導体膜へ
のレーザ照射よる均一加熱、特に、非晶質半導体膜の結
晶化の際に走査される照射レーザビームによる安定した
入熱を確保することができる。

【００５８】本発明の測定方法が、上記半導体膜が該基
板上に被着形成された非晶質若しくは多結晶質のケイ素
膜とすることにより、測定したプロフィルにより、結晶
化に必要な安定した入熱を制御することができ、ケイ素
膜の結晶化の入熱の均一化とそれに伴う多結晶の均一化
に寄与し、移動度の高い多結晶半導体基板を提供するこ
とができる。

【００５９】本発明の測定方法は、上記基板をガラス板
若しくは石英板とすれば、半導体膜を皮膜形成して且つ
透光性とすることができ、プロフィルの測定に利用する
ことができる。

【００６０】本発明の測定方法が、レーザビームを、レ
ーザ源をＮｄ若しくはＹｂのイオンドープされた結晶若
しくはガラスを励起媒質としたＱスイッチ発振固体レー
ザの高調波とすれば、適度に半導体膜に、特に、ケイ素
膜に透過し得て、ケイ素膜表面でのプロフィルをその透
過光により検出手段によって測定することができる

【００６１】本発明の測定方法が、複数のレーザビーム
を被照射膜に照射して処理する際にも、複数の照射レー
ザビームのプロフィルをレーザビーム検出手段により測
定するようにすれば、特に、被照射膜上広幅にレーザ処
理するレーザビームのプロフィルを測定することができ
る。

【００６２】本発明のレーザビームの制御方法が、上記
の検出手段によるレーザビームの測定方法により得られ
たレーザビームプロフィルデータと、設定データとを比
較して、比較データによりレーザ源のレーザ出力を制御
するようにしたので、レーザによる半導体膜の加熱結晶
化処理の継続中にレーザビームプロフィルを連続的に制
御することができ、多結晶半導体基板の高性能化に寄与
することができる。

【００６３】本発明のレーザビームの強度測定装置は、
被照射膜を形成した基板とステージとが、レーザビーム
を透光可能にされて、被照射膜に照射されたレーザビー
ムの一部が基板及びステージを通過した通過光をレーザ
ビーム検出手段により検出してビームプロフィルを測定
するので、被照射膜の照射位置でのビームプロフィルの
直接像の測定と照射強度の測定が可能になる。

【００６４】本発明の測定装置は、被照射膜を形成した
基板を載置するステージが、被照射膜の直下位置に開口
する貫通孔を備えて、被照射膜と基板を透過したレーザ
ビームを貫通させるので、ステージの下方に検出手段を
配置することができ、被照射膜の照射位置でのビームプ
ロフィルの直接像を測定することが可能になる。

【００６５】本発明の測定装置において、ステージが、
上記基板の周縁を支持する枠体であれば、走査中に被照
射膜のほぼ全面についての、プロフィルを測定すること
ができる。

【００６６】さらに、本発明の測定装置が、ステージの
貫通孔を、長手方向がレーザビームの走査方向にされた
単数又は複数のスロットとすれば、薄いガラス基板や大
きな面域の基板で、いずれも可撓性のある基板に対して
も、ステージ上で平坦性を保持しながらレーザ加熱処理
とレーザビームの測定とを行なうことができる。

【００６７】本発明の測定装置は、上記の被照射膜を半
導体膜とすれば、半導体膜へのレーザ照射よる均一加
熱、特に、非晶質半導体膜の結晶化の際に走査される照
射レーザビームによる安定した入熱を確保することがで
きる。

【００６８】本発明の測定装置は、上記半導体膜が該基
板上に被着形成された非晶質若しくは多結晶質のケイ素
膜とすることにより、ケイ素皮膜状の照射レーザビーム
の測定したプロフィルにより、結晶化に必要な安定した
入熱を制御することができ、ケイ素膜の結晶化の入熱の
均一化とそれに伴う多結晶の均一化に寄与し、移動度の
高い多結晶半導体基板を提供することができる。

【００６９】本発明の測定装置は、上記基板をガラス板
若しくは石英板とすれば、半導体膜を皮膜形成して且つ
透光性とすることができ、プロフィルの測定に利用する
ことができる。

【００７０】本発明の測定装置が、レーザビームを、レ
ーザ源をＮｄ若しくはＹｂのイオンドープされた結晶若
しくはガラスを励起媒質としたＱスイッチ発振固体レー
ザの高調波とすれば、レーザ光は適度に半導体膜、特
に、ケイ素膜を透過して、ケイ素膜表面でのプロフィル
をその透過光により測定することができる。

【００７１】本発明の測定装置が、複数のレーザビーム
を被照射膜に照射して処理する装置である場合に、複数
の照射レーザビームのプロフィルをレーザビーム検出手
段により測定するようにすれば、特に、被照射膜上広幅
にレーザ処理するレーザビームのプロフィルを測定する
ことができる。

【００７２】本発明のレーザビームの制御装置が、上記
の検出手段によるレーザビームの測定装置により得られ
たレーザビームプロフィルデータと、設定データとを比
較して、比較データによりレーザ源のレーザ出力を制御
するようにしたので、レーザによる半導体膜の加熱結晶
化処理の継続中にレーザビームプロフィルを連続的に制
御することができ、多結晶半導体基板の高性能化に寄与
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単一のレーザビーム
を使用したレーザビーム測定装置の概要を示す図。

【図２】本発明の別の実施形態に係るレーザビーム測
定方法と装置の概要を示す図。

【図３】本発明の別の実施形態に係るレーザビーム測
定方法と装置の概要を示す図。

【図４】本発明の別の実施形態に係るレーザビーム測
定方法と装置の概要を示す図。

【図５】本発明の別の実施形態に係る３つのレーザビ
ームを使用したレーザビーム測定装置の概要を示す図。

【図６】図５のレーザビーム測定装置により測定した
照射レーザビームのプロフィルを示す（Ａ、Ｂ）。

【図７】従来のレーザビーム測定方法と装置の概要を
示す図。

【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、５０基板、６ステージ、９撮像素
子、９転写レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 BA04 BB49 BC14 BC19 5F052 AA02 BA07 BA11 BB02 BB03 BB07 CA07 DA01 DA02 DB01 JA01 5F072 AB02 HH02 HH03 KK05 QQ02 YY08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを基板上の被照射膜に照射
するレーザ処理に使用するレーザビーム測定方法におい
て、被照射膜を形成した基板と該基板を搭載するステージと
がレーザビームを透光可能にされて、レーザビームを被
照射膜表面に照射し、該被照射膜を透過したレーザビー
ムを基板とステージに通過させてレーザビーム検出手段
により検出し、被照射膜上での照射レーザビームのプロ
フィルを測定するレーザビーム測定方法。
【請求項２】ステージが、被照射膜の直下位置に開口
する貫通孔を備えて、被照射膜と基板を透過したレーザ
ビームを貫通させてレーザビーム検出手段に照射する請
求項１に記載のレーザビームの測定方法。
【請求項３】ステージが、上記基板の周縁を支持する
枠体である請求項１又は２に記載のレーザビームの測定
方法。
【請求項４】ステージの貫通孔が、長手方向がレーザ
ビームの走査方向にされた単数又は複数のスロットであ
る請求項２に記載のレーザビームの測定方法。
【請求項５】上記の被照射膜が、半導体膜である請求
項１ないし４のいずれかに記載のレーザビームの測定方
法。
【請求項６】上記の被照射膜が該基板上に被着形成さ
れた非晶質若しくは多結晶質のケイ素膜である請求項１
ないし５いずれかに記載のレーザビームの測定方法。
【請求項７】上記の基板が、レーザ光に透明なガラス
板若しくは石英板である請求項１ないし６いずれかに記
載のレーザビームの測定方法。
【請求項８】上記のレーザビームは、レーザ源をＮｄ
若しくはＹｂのイオンドープされた結晶若しくはガラス
を励起媒質としたＱスイッチ発振固体レーザの高調波で
ある請求項５ないし７いずれかに記載のレーザビームの
測定方法。
【請求項９】上記複数のレーザビームを被照射膜表面
に照射し、該被照射膜を透過した複数の照射レーザビー
ムを基板とステージに通過させてレーザビーム検出手段
により複数の照射レーザビームのプロフィルを測定する
ようにした請求項１ないし８いずれかに記載のレーザビ
ームの測定方法。
【請求項１０】請求項１ないし９に記載のレーザビー
ムの測定方法の上記の検出手段によるレーザビームの測
定方法により得られたレーザビームプロフィルデータ
と、設定データとを比較して、比較データにより出力制
御装置を制御して照射レーザビームのプロフィルを調整
するようにしたレーザビームの制御方法。
【請求項１１】被照射膜を形成した基板を載置するス
テージと該被照射膜表面にレーザビームを照射するレー
ザビーム照射手段とを含むレーザ処理装置に使用するレ
ーザビーム測定装置において、上記の基板とステージとがレーザ光に対して透光可能に
されて、ステージ下方にレーザビーム検出手段が配置さ
れ、被測定膜に照射されたレーザビームの一部を被測定
膜と基板とステージと通過させてレーザビーム検出手段
により検出し被測定膜上の照射レーザビームのプロフィ
ルを測定することを特徴とするレーザビーム測定装置。
【請求項１２】上記ステージが、被照射膜の直下位置
に開口する貫通孔を備えて、被照射膜と基板を透過した
レーザビームを貫通孔より貫通させてレーザビーム検出
手段に照射する請求項１１に記載のレーザビームの測定
装置。
【請求項１３】上記ステージが、上記基板の周縁を支
持する枠体である請求項１１又は１２に記載のレーザビ
ームの測定装置。
【請求項１４】ステージの貫通孔が、長手方向がレー
ザビームの走査方向にされた単数又は複数のスロットで
ある請求項１２に記載のレーザビームの測定装置。
【請求項１５】上記の被照射膜が、半導体膜である請
求項１１ないし１４のいずれかに記載のレーザビームの
測定装置。
【請求項１６】上記被照射膜が該基板上に被着形成さ
れた非晶質若しくは多結晶質のケイ素膜であり、レーザ
熱処理装置により、ケイ素膜を結晶化する請求項１１な
いし１５いずれかに記載のレーザビームの測定装置。
【請求項１７】上記の基板が、レーザ光に透明なガラ
ス板若しくは石英板である請求項１１ないし１６いずれ
かに記載のレーザビームの測定装置。
【請求項１８】上記のレーザビームは、レーザ源をＮ
ｄ若しくはＹｂのイオンドープされた結晶若しくはガラ
スを励起媒質としたＱスイッチ発振固体レーザの高調波
である請求項１５ないし１７いずれかに記載のレーザビ
ームの測定装置。
【請求項１９】レーザ処理装置が、上記のレーザ照射
手段から被照射膜に複数のレーザビームを照射し、上記
の検出手段が被照射膜上の複数の照射レーザビームを受
光できるように配置された請求項１１ないし１８いずれ
かに記載のレーザビームの測定装置。
【請求項２０】請求項１１ないし１９いずれかに記載
のレーザビームの測定装置のレーザ照射手段に、レーザ
源からのレーザ光の出力を制御する出力制御装置を含
み、上記の検出手段により得られたレーザビームプロフ
ィルデータと設定データとを比較して比較データにより
出力制御装置を制御して照射レーザビームのプロフィル
を調整するようにしたレーザビームの制御装置。