JP2002176009A - レーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置 - Google Patents
レーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置Info
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- JP2002176009A JP2002176009A JP2000376562A JP2000376562A JP2002176009A JP 2002176009 A JP2002176009 A JP 2002176009A JP 2000376562 A JP2000376562 A JP 2000376562A JP 2000376562 A JP2000376562 A JP 2000376562A JP 2002176009 A JP2002176009 A JP 2002176009A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】非晶質膜のレーザアニール結晶化過程において
膜微小部の観察像やラマンスペクトルをｉｎ−ｓｉｔｕ
に測定可能にする。 【解決手段】対物レンズに穴を穿ち、穴を通してエキシ
マレーザ光を膜に照射すると同時に、この対物レンズに
より反射光またはラマン光を分光器、検出器に導き、試
料状態を観測する。
膜微小部の観察像やラマンスペクトルをｉｎ−ｓｉｔｕ
に測定可能にする。 【解決手段】対物レンズに穴を穿ち、穴を通してエキシ
マレーザ光を膜に照射すると同時に、この対物レンズに
より反射光またはラマン光を分光器、検出器に導き、試
料状態を観測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】近年各種半導体素子におけ
る、結晶シリコン等の薄膜の形成プロセスとして、非晶
質薄膜にエキシマレーザ等を照射してアニールする方法
が多く用いられている。本プロセスにおいて作成された
膜の導電率等の特性は、結晶の粒径や方位などに依存す
る。そのため特性を向上させるには、アニール条件と結
晶の状態との相関を知ることが重要である。またエキシ
マレーザのパルス幅はｎｓのオーダであるため、アニー
ルによる結晶の生成過程をレーザの照射と同期してｉｎ
−ｓｉｔｕに追跡することが重要である。
る、結晶シリコン等の薄膜の形成プロセスとして、非晶
質薄膜にエキシマレーザ等を照射してアニールする方法
が多く用いられている。本プロセスにおいて作成された
膜の導電率等の特性は、結晶の粒径や方位などに依存す
る。そのため特性を向上させるには、アニール条件と結
晶の状態との相関を知ることが重要である。またエキシ
マレーザのパルス幅はｎｓのオーダであるため、アニー
ルによる結晶の生成過程をレーザの照射と同期してｉｎ
−ｓｉｔｕに追跡することが重要である。
【０００２】結晶粒径は試料表面の顕微鏡像を観察する
ことで、結晶方位は種々の偏光方向について測定したラ
マン強度から求めることができる。また、アニール中に
表面が固体であるか液体であるかは反射率から、温度は
ストークスラマン光と反ストークスラマン光との強度比
から求めることができる。
ことで、結晶方位は種々の偏光方向について測定したラ
マン強度から求めることができる。また、アニール中に
表面が固体であるか液体であるかは反射率から、温度は
ストークスラマン光と反ストークスラマン光との強度比
から求めることができる。
【０００３】本発明はレーザアニールにともなうこれら
の状態の変化をｉｎ−ｓｉｔｕに追跡する手段を提供す
るものであり、ひいては膜特性の向上に寄与するもので
ある。
の状態の変化をｉｎ−ｓｉｔｕに追跡する手段を提供す
るものであり、ひいては膜特性の向上に寄与するもので
ある。
【０００４】
【従来の技術】エキシマレーザによる半導体薄膜の結晶
化過程をモニタする手法として、A. Compaan "Time Res
olved Raman Studies of Laser-excited Semiconductor
s" (NATO ASI Series, E, Applied Sciences, '83: No.
6)に記載のものがある。
化過程をモニタする手法として、A. Compaan "Time Res
olved Raman Studies of Laser-excited Semiconductor
s" (NATO ASI Series, E, Applied Sciences, '83: No.
6)に記載のものがある。
【０００５】これはアニール用のＹＡＧレーザ光とラマ
ン光励起用の色素レーザ光とを互いに異なる角度で試料
に入射し、さらに別の角度でラマン光を取り出して測定
するものである。このラマン光のうちのストークス光と
反ストークス光との強度比から、アニール時の試料の温
度を求めるものである。
ン光励起用の色素レーザ光とを互いに異なる角度で試料
に入射し、さらに別の角度でラマン光を取り出して測定
するものである。このラマン光のうちのストークス光と
反ストークス光との強度比から、アニール時の試料の温
度を求めるものである。
【０００６】また、他の手法として、「シグマ光機総合
カタログ６−Ａ」のＡ−３１ページに記載のエキシマレ
ーザ用光学系がある。これはエキシマレーザを結像レン
ズを用いて試料上に照射するとともに、同じ結像レンズ
を用いて試料をＣＣＤカメラで観察するものである。
カタログ６−Ａ」のＡ−３１ページに記載のエキシマレ
ーザ用光学系がある。これはエキシマレーザを結像レン
ズを用いて試料上に照射するとともに、同じ結像レンズ
を用いて試料をＣＣＤカメラで観察するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記第１の公知例で
は、アニール用レーザ光の照射光学系、ラマン光測定用
レーザ光の照射光学系、及びラマン光の検出光学系は互
いに試料に対して異なる角度で配置されている。この光
学配置では各光学系の対物レンズの開口数を大きくでき
ない。このため、光学系の回折限界が大きくなり、高い
位置分解能を得ることができない。例えばマイクロメー
タサイズの結晶粒の状態を観測しようとすると、分解能
が足りない。
は、アニール用レーザ光の照射光学系、ラマン光測定用
レーザ光の照射光学系、及びラマン光の検出光学系は互
いに試料に対して異なる角度で配置されている。この光
学配置では各光学系の対物レンズの開口数を大きくでき
ない。このため、光学系の回折限界が大きくなり、高い
位置分解能を得ることができない。例えばマイクロメー
タサイズの結晶粒の状態を観測しようとすると、分解能
が足りない。
【０００８】もちろん、アニール後に試料を顕微鏡下に
移動して、表面の状態を観察したり、ラマンスペクトル
を得ることは可能であるが、これではｎｓオーダのパル
ス幅で照射されるエキシマレーザによるアニール過程の
試料状態をｉｎ−ｓｉｔｕに観測することはできない。
移動して、表面の状態を観察したり、ラマンスペクトル
を得ることは可能であるが、これではｎｓオーダのパル
ス幅で照射されるエキシマレーザによるアニール過程の
試料状態をｉｎ−ｓｉｔｕに観測することはできない。
【０００９】また、上記第２の公知例のように、エキシ
マレーザ照射光学系と試料観察光学系とでレンズを共用
する方式では、光学部品の配置や結像性能の関係で、実
際の生産工程の中に本光学系を組み込むことが難しい。
マレーザ照射光学系と試料観察光学系とでレンズを共用
する方式では、光学部品の配置や結像性能の関係で、実
際の生産工程の中に本光学系を組み込むことが難しい。
【００１０】本発明の目的は、試料をレーザアニールす
る過程を光学的にｉｎ−ｓｉｔｕ観測する手段を与え、
かつ実際の生産工程に本光学系を組込み可能にすること
にある。例えば、アニール過程における試料表面の反射
率、ラマンスペクトル、蛍光スペクトル、赤外吸収スペ
クトルや放射等の測定を目的としている。
る過程を光学的にｉｎ−ｓｉｔｕ観測する手段を与え、
かつ実際の生産工程に本光学系を組込み可能にすること
にある。例えば、アニール過程における試料表面の反射
率、ラマンスペクトル、蛍光スペクトル、赤外吸収スペ
クトルや放射等の測定を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、対物レンズに貫通穴を穿った。アニー
ル用のレーザ光はこの穴を通して試料に照射される。ま
た、反射光、ラマン光、蛍光、放射はこの対物レンズに
より分光器、検出器に導かれる。
め、本発明では、対物レンズに貫通穴を穿った。アニー
ル用のレーザ光はこの穴を通して試料に照射される。ま
た、反射光、ラマン光、蛍光、放射はこの対物レンズに
より分光器、検出器に導かれる。
【００１２】本発明の作用を図１により説明する。２は
非晶質薄膜、３は対物レンズ、４は貫通穴、６は集光レ
ンズ、１０はエキシマレーザ光、２０は反射光またはラ
マン光、２Ｄは瞳径、２θは瞳のなす角、２ｄは貫通穴
径、ＷＤは作動距離である。対物レンズの回折限界Ｌは
一般に知られているように、次式（数１）により与えら
れる。
非晶質薄膜、３は対物レンズ、４は貫通穴、６は集光レ
ンズ、１０はエキシマレーザ光、２０は反射光またはラ
マン光、２Ｄは瞳径、２θは瞳のなす角、２ｄは貫通穴
径、ＷＤは作動距離である。対物レンズの回折限界Ｌは
一般に知られているように、次式（数１）により与えら
れる。
【００１３】
【数１】 Ｌ＝０．６１λ／ＮＡ （数１） λは波長、ＮＡはレンズの開口数を表す。ＮＡは次式
（数２）で与えられる。
（数２）で与えられる。
【００１４】
【数２】 ＮＡ＝ｎsinθ （数２） ｎは対物レンズから試料までの空間を満たす媒質（通常
は空気）の屈折率、２θは試料から見た対物レンズ瞳の
なす角である。
は空気）の屈折率、２θは試料から見た対物レンズ瞳の
なす角である。
【００１５】λを可視光の最も長波長側である７００ｎ
ｍとしたとき、ＮＡの種々の値に対するＬの値は次のよ
うになる。
ｍとしたとき、ＮＡの種々の値に対するＬの値は次のよ
うになる。
【００１６】 ＮＡ＝０．３ のとき Ｌ＝１．４μｍ ＮＡ＝０．４ のとき Ｌ＝１．１μｍ ＮＡ＝０．５ のとき Ｌ＝０．９μｍ ＮＡ＝０．６ のとき Ｌ＝０．７μｍ ＮＡ＝０．７ のとき Ｌ＝０．６μｍ ＮＡ＝０．８ のとき Ｌ＝０．５μｍ ＮＡ＝０．９ のとき Ｌ＝０．５μｍ これから、１μｍの分解能を得るためにはＮＡが０．４
５以上、０．５μｍの分解能を得るためには０．８以上
の対物レンズを用いれば良いことがわかる。一般に市販
されている対物レンズで、倍率が５０倍、ＮＡが０．８
の対物レンズは、作動距離ＷＤが３ｍｍ程度である。ま
た、瞳のなす角２θは１０６°である。したがって、対
物レンズ３をよけて非晶質薄膜２にエキシマレーザ光を
照射しようとすると、入射角が大きくなり、実際の生産
工程とは異なる照射条件となってしまう。
５以上、０．５μｍの分解能を得るためには０．８以上
の対物レンズを用いれば良いことがわかる。一般に市販
されている対物レンズで、倍率が５０倍、ＮＡが０．８
の対物レンズは、作動距離ＷＤが３ｍｍ程度である。ま
た、瞳のなす角２θは１０６°である。したがって、対
物レンズ３をよけて非晶質薄膜２にエキシマレーザ光を
照射しようとすると、入射角が大きくなり、実際の生産
工程とは異なる照射条件となってしまう。
【００１７】本発明では、対物レンズ３に貫通穴４を穿
っている。上記の対物レンズ３において、瞳径２Ｄは
っている。上記の対物レンズ３において、瞳径２Ｄは
【００１８】
【数３】 ２Ｄ＝ＷＤ／ＮＡ×２＝３ｍｍ／０．８×２＝７．５ｍｍ （数３） である。これに、径２ｄが１〜２ｍｍの貫通穴４を穿っ
ても、これは瞳の径２Ｄと比べて小さく、結像性能には
それほど大きな影響を与えない。また、アニール用のエ
キシマレーザ光１０は通常広い照射面積を均一に照射す
ることが重要である。このため、レーザスポット径を小
さく絞る必要はなく、エキシマレーザ用の集光レンズ６
のＮＡは小さくてもかまわない。したがって、この集光
レンズ６と非晶質薄膜２との間隔は大きくても良く、上
記貫通穴４を通してエキシマレーザ光１０を照射するよ
うな光学系にしても問題はない。
ても、これは瞳の径２Ｄと比べて小さく、結像性能には
それほど大きな影響を与えない。また、アニール用のエ
キシマレーザ光１０は通常広い照射面積を均一に照射す
ることが重要である。このため、レーザスポット径を小
さく絞る必要はなく、エキシマレーザ用の集光レンズ６
のＮＡは小さくてもかまわない。したがって、この集光
レンズ６と非晶質薄膜２との間隔は大きくても良く、上
記貫通穴４を通してエキシマレーザ光１０を照射するよ
うな光学系にしても問題はない。
【００１９】なお、図１の対物レンズでは貫通穴４の径
は１〜２ｍｍであるが、エキシマレーザ光１０の径をさ
らに大きくしたい場合は、瞳径２Ｄと作動距離ＷＤとの
比率を変えずに、全体のサイズを大きくすれば、結像性
能は同じに保つことができる。
は１〜２ｍｍであるが、エキシマレーザ光１０の径をさ
らに大きくしたい場合は、瞳径２Ｄと作動距離ＷＤとの
比率を変えずに、全体のサイズを大きくすれば、結像性
能は同じに保つことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】（実施例１）以下本発明の実施の
形態を図２により説明する。本実施例はエキシマレーザ
光で試料をアニールする過程の試料表面の可視光による
像をｉｎ−ｓｉｔｕ観察するものである。１は基板、２
は非晶質薄膜、３は対物レンズ、４は貫通穴、５は穴明
き鏡、６は集光レンズ、７はビームホモジナイザ、８は
ビームエクスパンダ、９はエキシマレーザ、１０はエキ
シマレーザ光、１１は結像レンズ、１２は半透明鏡、１
３は空間フィルタ、１４は照明光源、１５はイメージイ
ンテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ、１６はゲートパルス
発生器である。
形態を図２により説明する。本実施例はエキシマレーザ
光で試料をアニールする過程の試料表面の可視光による
像をｉｎ−ｓｉｔｕ観察するものである。１は基板、２
は非晶質薄膜、３は対物レンズ、４は貫通穴、５は穴明
き鏡、６は集光レンズ、７はビームホモジナイザ、８は
ビームエクスパンダ、９はエキシマレーザ、１０はエキ
シマレーザ光、１１は結像レンズ、１２は半透明鏡、１
３は空間フィルタ、１４は照明光源、１５はイメージイ
ンテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ、１６はゲートパルス
発生器である。
【００２１】エキシマレーザ９から出た光は、ビームエ
クスパンダ８及びビームホモジナイザ７により均一な強
度分布をもつビームとなる。集光レンズ６によりこれは
集束ビームとなり、穴明き鏡５の穴と対物レンズ３の貫
通穴４を通過して、非晶質薄膜２に集光照射される。こ
れにより試料の結晶化を行う。
クスパンダ８及びビームホモジナイザ７により均一な強
度分布をもつビームとなる。集光レンズ６によりこれは
集束ビームとなり、穴明き鏡５の穴と対物レンズ３の貫
通穴４を通過して、非晶質薄膜２に集光照射される。こ
れにより試料の結晶化を行う。
【００２２】一方、照明光１４は空間フィルタ１３によ
り、中心部が遮蔽されたのち、半透明鏡１２により結像
レンズ１１に入射し、平行光となる。これは、穴明き鏡
５で反射された後、対物レンズ３により、非晶質薄膜２
に照射される。試料からの反射光は上記光路を逆行し、
半透明鏡１２を透過して、イメージインテンシファイヤ
付ＣＣＤカメラ１５に入射する。対物レンズ３は作用で
述べたものと同じＮＡが０．８のものであり、０．５μ
ｍの空間分解能を有する。
り、中心部が遮蔽されたのち、半透明鏡１２により結像
レンズ１１に入射し、平行光となる。これは、穴明き鏡
５で反射された後、対物レンズ３により、非晶質薄膜２
に照射される。試料からの反射光は上記光路を逆行し、
半透明鏡１２を透過して、イメージインテンシファイヤ
付ＣＣＤカメラ１５に入射する。対物レンズ３は作用で
述べたものと同じＮＡが０．８のものであり、０．５μ
ｍの空間分解能を有する。
【００２３】ゲートパルス発生器１６はエキシマレーザ
９とイメージインテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ１５と
にゲートパルスを送る。エキシマレーザ９のゲート時刻
からイメージインテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ１５の
ゲート時刻までの遅延時間を種々に設定することによ
り、レーザアニール結晶化過程の種々の段階における試
料の表面状態を観察することが可能である。
９とイメージインテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ１５と
にゲートパルスを送る。エキシマレーザ９のゲート時刻
からイメージインテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ１５の
ゲート時刻までの遅延時間を種々に設定することによ
り、レーザアニール結晶化過程の種々の段階における試
料の表面状態を観察することが可能である。
【００２４】また、イメージインテンシファイヤ付ＣＣ
Ｄカメラ１５の代りにストリークカメラを用いることも
可能である。ストリークカメラのゲート信号はゲートパ
ルス発生器１６から送る。これにより、得られる反射率
の例を図３に示す。横軸ｔは時刻で、エキシマレーザ９
の照射時刻を０としている。縦軸Ｉは強度である。Ｉ
１、Ｉ２、Ｉ３は試料上の３つの位置における反射光強
度をあらわす。反射光強度の弱いところは液化した状態
を、強いところは固化した状態を表す。これから、試料
上の各点における液相から固相への遷移状況を知ること
ができる。
Ｄカメラ１５の代りにストリークカメラを用いることも
可能である。ストリークカメラのゲート信号はゲートパ
ルス発生器１６から送る。これにより、得られる反射率
の例を図３に示す。横軸ｔは時刻で、エキシマレーザ９
の照射時刻を０としている。縦軸Ｉは強度である。Ｉ
１、Ｉ２、Ｉ３は試料上の３つの位置における反射光強
度をあらわす。反射光強度の弱いところは液化した状態
を、強いところは固化した状態を表す。これから、試料
上の各点における液相から固相への遷移状況を知ること
ができる。
【００２５】このように本発明によれば、アニール用の
レーザ光学系に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレ
ーザアニール過程における試料上の０．５μｍ程度の領
域の反射率を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定することが可能で
ある。
レーザ光学系に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレ
ーザアニール過程における試料上の０．５μｍ程度の領
域の反射率を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定することが可能で
ある。
【００２６】（実施例２）以下図４を用いて、実施例２
に付いて説明する。本実施例は、レーザアニール過程に
おけるラマンスペクトルをｉｎ−ｓｉｔｕ観察するもの
である。１は基板、２は非晶質薄膜、３は対物レンズ、
４は貫通穴、５は穴明き鏡、６は集光レンズ、７はビー
ムホモジナイザ、８はビームエクスパンダ、９はエキシ
マレーザ、１０はエキシマレーザ光、１１は結像レン
ズ、１２は半透明鏡、１３は空間フィルタ、２４はＹＡ
Ｇレーザ、２５は分光器、１５はイメージインテンシフ
ァイヤ付ＣＣＤカメラ、１６はゲートパルス発生器であ
る。
に付いて説明する。本実施例は、レーザアニール過程に
おけるラマンスペクトルをｉｎ−ｓｉｔｕ観察するもの
である。１は基板、２は非晶質薄膜、３は対物レンズ、
４は貫通穴、５は穴明き鏡、６は集光レンズ、７はビー
ムホモジナイザ、８はビームエクスパンダ、９はエキシ
マレーザ、１０はエキシマレーザ光、１１は結像レン
ズ、１２は半透明鏡、１３は空間フィルタ、２４はＹＡ
Ｇレーザ、２５は分光器、１５はイメージインテンシフ
ァイヤ付ＣＣＤカメラ、１６はゲートパルス発生器であ
る。
【００２７】本実施例における、エキシマレーザアニー
ルの光学系は実施例１と同じである。
ルの光学系は実施例１と同じである。
【００２８】ラマン光の励起にはパルス発振するＹＡＧ
レーザ２４を用い、ラマンスペクトルを得るために分光
器２５を用いる。ラマン光の励起用にパルスレーザを用
いることは、強度の弱いラマン光をアニール時間内に集
中的に測定するのに有効な方法である。エキシマレーザ
９、ＹＡＧレーザ２４、イメージインテンシファイヤ付
ＣＣＤカメラ１５の動作タイミングはともにゲートパル
ス発生器１６により制御される。パルス発振するＹＡＧ
レーザ２４と、イメージインテンシファイヤ付ＣＣＤカ
メラとを、エキシマレーザ９の発光から同一の遅延時間
後動作させることにより、エキシマレーザアニールの種
々の段階における試料のラマンスペクトルを取得するこ
とができる。
レーザ２４を用い、ラマンスペクトルを得るために分光
器２５を用いる。ラマン光の励起用にパルスレーザを用
いることは、強度の弱いラマン光をアニール時間内に集
中的に測定するのに有効な方法である。エキシマレーザ
９、ＹＡＧレーザ２４、イメージインテンシファイヤ付
ＣＣＤカメラ１５の動作タイミングはともにゲートパル
ス発生器１６により制御される。パルス発振するＹＡＧ
レーザ２４と、イメージインテンシファイヤ付ＣＣＤカ
メラとを、エキシマレーザ９の発光から同一の遅延時間
後動作させることにより、エキシマレーザアニールの種
々の段階における試料のラマンスペクトルを取得するこ
とができる。
【００２９】ところで、ＹＡＧレーザ２４のパルス幅は
通常は可変でないが、イメージインテンシファイヤ付Ｃ
ＣＤカメラ１５のゲート幅は可変である。従って、この
ゲート幅の設定次第で測定の時間分解能を自由に設定で
きる。
通常は可変でないが、イメージインテンシファイヤ付Ｃ
ＣＤカメラ１５のゲート幅は可変である。従って、この
ゲート幅の設定次第で測定の時間分解能を自由に設定で
きる。
【００３０】本実施例中の、分光器２５としてイメージ
ングスペクトログラフを用いれば、イメージインテンシ
ファイヤ付ＣＣＤカメラ１５上で試料上の複数箇所のラ
マンスペクトルを同時に取得することも可能である。
ングスペクトログラフを用いれば、イメージインテンシ
ファイヤ付ＣＣＤカメラ１５上で試料上の複数箇所のラ
マンスペクトルを同時に取得することも可能である。
【００３１】また、実施例１で述べたように、イメージ
インテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ１５の代りにストリ
ークカメラを用いれば、エキシマレーザ光照射を基準と
する時刻とラマン光強度との関係を一度の測定で取得す
ることが可能である。
インテンシファイヤ付ＣＣＤカメラ１５の代りにストリ
ークカメラを用いれば、エキシマレーザ光照射を基準と
する時刻とラマン光強度との関係を一度の測定で取得す
ることが可能である。
【００３２】また図１のレンズ系６を半導体装置の生産
設備で用いられている光学系に置き換えることも可能で
ある。すなわち、半導体装置生産設備のエキシマレーザ
照射光学系の中に穴明き鏡５と対物レンズ３とを挿入
し、レーザアニール中の膜の状態をラマン分光により把
握することもできる。これにより、アニール工程の管理
を行うことが可能である。
設備で用いられている光学系に置き換えることも可能で
ある。すなわち、半導体装置生産設備のエキシマレーザ
照射光学系の中に穴明き鏡５と対物レンズ３とを挿入
し、レーザアニール中の膜の状態をラマン分光により把
握することもできる。これにより、アニール工程の管理
を行うことが可能である。
【００３３】ここで、アモルファスシリコン、結晶シリ
コンのラマン光の波数はそれぞれ４８０及び５２０ｃｍ
−１である。したがって、分光器２５としてこの両者を
分離して測定可能な分解能をもつものを用いれば、アニ
ールによる結晶化の程度を観測することが可能である。
また、さらに高分解能で、０．１〜０．２ｃｍ−１の分
解能を有する分光器を用いれば、試料の応力を測定する
ことも可能である。
コンのラマン光の波数はそれぞれ４８０及び５２０ｃｍ
−１である。したがって、分光器２５としてこの両者を
分離して測定可能な分解能をもつものを用いれば、アニ
ールによる結晶化の程度を観測することが可能である。
また、さらに高分解能で、０．１〜０．２ｃｍ−１の分
解能を有する分光器を用いれば、試料の応力を測定する
ことも可能である。
【００３４】本実施例と同じ構成で、分光器２５の分解
能や波長を変えることにより、試料の蛍光スペクトルや
赤外吸収スペクトル、放射スペクトル等を測定すること
も可能である。これらのデータからアニール中の試料の
温度を求めることも可能である。
能や波長を変えることにより、試料の蛍光スペクトルや
赤外吸収スペクトル、放射スペクトル等を測定すること
も可能である。これらのデータからアニール中の試料の
温度を求めることも可能である。
【００３５】このように本発明によれば、アニール用の
レーザ光学系に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレ
ーザアニール過程における試料上のマイクロメータ領域
のラマンスペクトル、蛍光スペクトル、赤外吸収スペク
トル、放射等を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定することが可能
である。
レーザ光学系に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレ
ーザアニール過程における試料上のマイクロメータ領域
のラマンスペクトル、蛍光スペクトル、赤外吸収スペク
トル、放射等を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定することが可能
である。
【００３６】（実施例３）以下、図５を用いて実施例３
を説明する。本実施例は実施例１を試料上の１点測定に
特化したもので、実施例１のイメージインテンシファイ
ヤ付ＣＣＤカメラ１５をフォトマルチプライヤ３５に入
れ替えたものである。これからの光強度信号をオシロス
コープ３６に入力する。また、オシロスコープの時間軸
のスタート信号はゲートパルス発生器１６から供給す
る。これにより、エキシマレーザ照射時刻を基準とする
試料の反射率の変化を追跡することが可能である。
を説明する。本実施例は実施例１を試料上の１点測定に
特化したもので、実施例１のイメージインテンシファイ
ヤ付ＣＣＤカメラ１５をフォトマルチプライヤ３５に入
れ替えたものである。これからの光強度信号をオシロス
コープ３６に入力する。また、オシロスコープの時間軸
のスタート信号はゲートパルス発生器１６から供給す
る。これにより、エキシマレーザ照射時刻を基準とする
試料の反射率の変化を追跡することが可能である。
【００３７】このように本発明によれば、アニール用の
レーザ光学系に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレ
ーザアニール過程における試料上のマイクロメータ領域
の反射率を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定することが可能であ
る。
レーザ光学系に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレ
ーザアニール過程における試料上のマイクロメータ領域
の反射率を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定することが可能であ
る。
【００３８】（実施例４）以下、図６を用いて実施例４
を説明する。本実施例は実施例１の照明光源１４を対物
レンズ３の貫通穴４から試料に照明するようにしたもの
である。これは暗視野照明による像をイメージインテン
シファイヤ付ＣＣＤカメラ１５で取り込むことをねらっ
たものである。また、照明光源１４をパルス発振するＹ
ＡＧレーザ光源に置き換えることで、ラマンスペクトル
の測定にも対応できる。
を説明する。本実施例は実施例１の照明光源１４を対物
レンズ３の貫通穴４から試料に照明するようにしたもの
である。これは暗視野照明による像をイメージインテン
シファイヤ付ＣＣＤカメラ１５で取り込むことをねらっ
たものである。また、照明光源１４をパルス発振するＹ
ＡＧレーザ光源に置き換えることで、ラマンスペクトル
の測定にも対応できる。
【００３９】本実施例でも、アニール用のレーザ光学系
に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレーザアニール
過程における試料上のマイクロメータ領域の反射率を、
ｉｎ−ｓｉｔｕに測定できることは、上記各実施例同様
である。
に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレーザアニール
過程における試料上のマイクロメータ領域の反射率を、
ｉｎ−ｓｉｔｕに測定できることは、上記各実施例同様
である。
【００４０】（実施例５）以下、図７を用いて実施例５
を説明する。本実施例は照明光源を用いず、エキシマレ
ーザ光９の反射光をイメージインテンシファイヤ付ＣＣ
Ｄカメラ１５で取り込むようにしたものである。
を説明する。本実施例は照明光源を用いず、エキシマレ
ーザ光９の反射光をイメージインテンシファイヤ付ＣＣ
Ｄカメラ１５で取り込むようにしたものである。
【００４１】本実施例でも、アニール用のレーザ光学系
に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレーザアニール
過程における試料上のマイクロメータ領域の反射率を、
ｉｎ−ｓｉｔｕに測定できることは、上記各実施例同様
である。
に制限を受けることなく、ｎｓオーダのレーザアニール
過程における試料上のマイクロメータ領域の反射率を、
ｉｎ−ｓｉｔｕに測定できることは、上記各実施例同様
である。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、レーザ
アニール中の膜の状態をラマンスペクトルを用いて観測
するにあたり、高い検出効率でラマン光を測定でき、短
時間で測定が可能である。またレーザ光の１回１回の照
射毎の状態を分離して捉えることが可能である。
アニール中の膜の状態をラマンスペクトルを用いて観測
するにあたり、高い検出効率でラマン光を測定でき、短
時間で測定が可能である。またレーザ光の１回１回の照
射毎の状態を分離して捉えることが可能である。
【図１】作用の説明図。
【図２】実施例１の装置構成図。
【図３】実施例１の測定データ例を示す図。
【図４】実施例２の装置構成図。
【図５】実施例３の装置構成図。
【図６】実施例４の装置構成図。
【図７】実施例５の装置構成図。
１…基板、２…非晶質薄膜、３…対物レンズ、４…貫通
穴、５…穴明き鏡、６…集光レンズ、７…ビームホモジ
ナイザ、８…ビームエクスパンダ、９…エキシマレー
ザ、１０…エキシマレーザ光、１１…結像レンズ、１２
…半透明鏡、１３…空間フィルタ、１４…照明光源、１
５…イメージインテンシファイヤ付きＣＣＤ検出器、１
６…ゲートパルス発生器、２４…ＹＡＧレーザ、２５…
分光器、３５…フォトマルチプライヤ、３６…ＴＤＣ。
穴、５…穴明き鏡、６…集光レンズ、７…ビームホモジ
ナイザ、８…ビームエクスパンダ、９…エキシマレー
ザ、１０…エキシマレーザ光、１１…結像レンズ、１２
…半透明鏡、１３…空間フィルタ、１４…照明光源、１
５…イメージインテンシファイヤ付きＣＣＤ検出器、１
６…ゲートパルス発生器、２４…ＹＡＧレーザ、２５…
分光器、３５…フォトマルチプライヤ、３６…ＴＤＣ。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 21/20 Ｈ０１Ｌ 21/20 21/66 21/66 Ｎ (72)発明者 田村 太久夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G040 AB02 BA26 CA02 CA12 CA23 DA05 EB02 2G043 AA03 BA07 CA07 DA01 EA01 EA03 EA14 GA08 GB21 HA01 HA02 HA09 KA08 KA09 LA03 NA01 2G066 AA01 AC20 BA22 CA11 4M106 AA01 AA10 BA05 CA21 CB17 CB30 DH01 DH12 DH32 DH38 DH39 DH60 5F052 AA02 BB03 BB07 CA10 DA02
Claims (15)
- 【請求項１】 試料基板上の非晶質薄膜にパルスレーザ
光を照射して結晶化を行う照射手段と、該パルスレーザ
光の照射からある定めた時間間隔をおいて該試料の表面
状態を光プローブにより観測する手段とを備えた成膜装
置において、該試料から該光プローブに光を入射させる
手段である対物レンズは貫通穴を設けたものとして成
り、上記パルスレーザ光は該貫通穴を通して該試料に照
射される構成として成ることを特徴とするレーザアニー
ル結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項２】 上記パルスレーザ光は、エキシマレーザ
光であることを特徴とするレーザアニール結晶化ｉｎ−
ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の光プローブは、反射率
計、ラマン分光光度計または蛍光分光光度計であること
を特徴とするレーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析
装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の反射率計、ラマン分光光
度計または蛍光分光光度計は、励起光源として請求項１
記載のパルスレーザ光を用いることを特徴とするレーザ
アニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項５】 請求項３記載の反射率計、ラマン分光光
度計または蛍光分光光度計は、励起光源として請求項１
記載のパルスレーザ光とは別の光を上記穴から試料に照
射したものを用いることを特徴とするレーザアニール結
晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項６】 請求項３記載の反射率計、ラマン分光光
度計または蛍光分光光度計は、励起光源として請求項１
記載のパルスレーザ光とは別の光を上記対物レンズによ
り試料に集光照射したものを用いることを特徴とするレ
ーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項７】 請求項５及び６記載の別の光は、パルス
レーザ光であり、請求項１記載のパルスレーザ光の照射
から所定の遅延時間の後に照射することを特徴とするレ
ーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項８】 請求項１記載の光プローブは、放射温度
計であることを特徴とするレーザアニール結晶化ｉｎ−
ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項９】 請求項１記載の光プローブは、赤外分光
光度計であることを特徴とするレーザアニール結晶化ｉ
ｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項１０】 上記各請求項記載の光プローブからの
光信号を、上記パルスレーザ光の照射時刻を基準とする
時間軸に対応して記録することを特徴とするレーザアニ
ール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項１１】 上記各請求項記載の光プローブは、１
次元または２次元アレイセンサを備え、上記試料の像ま
たはラマン、蛍光、赤外吸収スペクトルが該アレイセン
サに転送されるような構成として成り、上記パルスレー
ザ光の照射から所定の遅延時間の後、所定の時間幅だけ
の光信号を取り込むようゲートをかけることを特徴とす
るレーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項１２】 上記各請求項記載の光プローブは、ス
トリークカメラを備え、上記試料の像またはラマン、蛍
光、赤外吸収スペクトルがストリークカメラに転送され
るような構成として成り、該ストリークカメラからの時
間軸の基準を上記パルスレーザ光の照射時刻とすること
を特徴とするレーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析
装置。 - 【請求項１３】 上記対物レンズは、開口数が０．４５
以上であることを特徴とするレーザアニール結晶化ｉｎ
−ｓｉｔｕ解析装置。 - 【請求項１４】 請求項４記載のラマン分光光度計は、
アモルファスシリコン、単結晶シリコン及び多結晶シリ
コンのラマン信号を識別して検出する構成として成るこ
とを特徴とするレーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解
析装置。 - 【請求項１５】 請求項４記載のラマン分光光度計は、
シリコンの応力を測定する構成として成ることを特徴と
するレーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000376562A JP2002176009A (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | レーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000376562A JP2002176009A (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | レーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002176009A true JP2002176009A (ja) | 2002-06-21 |
Family
ID=18845407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000376562A Pending JP2002176009A (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | レーザアニール結晶化ｉｎ−ｓｉｔｕ解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002176009A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327843A (ja) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Toppan Printing Co Ltd | 非晶質シリコンおよびその化合物薄膜の応力評価方法 |
| US7232982B2 (en) | 2003-06-11 | 2007-06-19 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. | Crystallization apparatus, crystallization method, method of manufacturing thin film transistor, thin film transistor, and display apparatus |
| US7292320B2 (en) | 2004-03-11 | 2007-11-06 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. | Laser crystallization apparatus and laser crystallization method |
| WO2008102484A1 (ja) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 膜質評価方法およびその装置ならびに薄膜デバイスの製造システム |
| US7736051B2 (en) | 2004-03-30 | 2010-06-15 | Yamatake Corporation | Thermoelectric device and mirror surface state detection device |
| US8346497B2 (en) | 2003-03-26 | 2013-01-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for testing semiconductor film, semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP2014029965A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Japan Steel Works Ltd:The | 被処理体表面のモニタリング方法およびモニタリング装置 |
| US9257288B2 (en) | 2013-05-02 | 2016-02-09 | Samsung Display Co., Ltd. | Method and system for monitoring crystallization of amorphous silicon thin film, and method of manufacturing thin film transistor by using the method and system |
| WO2016027821A1 (ja) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | 城戸 淳二 | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 |
-
2000
- 2000-12-06 JP JP2000376562A patent/JP2002176009A/ja active Pending
Cited By (13)
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| JP2016046330A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | 城戸 淳二 | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 |
| US9905427B2 (en) | 2014-08-20 | 2018-02-27 | Junji Kido | Laser annealing device and laser annealing method |
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