JP2004193589A - 薄膜または被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体薄膜の特性を決定するために、高速で薄膜の状態を検出する方法およびその装置を提供する。
【解決手段】 この発明の薄膜の特性を決定する方法および装置においては、薄膜に何らかの処理／加工を施す（例えばアニール処理）際に、処理対象である薄膜の変化開始（例えば溶融）から変化終了（例えば固化）に至るまでの薄膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋの時間的な変化を、例えばストリークカメラ５５（５）により取り込み、演算部７により所定の演算を施すことで、ピコ秒の高い時間分解能で得られる。これに基づいて、薄膜の状態変化、例えば結晶化の進行や、結晶粒の成長の変遷を、ピコ秒単位に知ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜または被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する方法およびその装置に関する。

例えば、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等のスイッチング素子用の薄膜トランジスタを製造するために、非晶質シリコン薄膜に施されたアニール箇所にモニタ光を照射してその反射光の強度を検出し、薄膜の特性を決定する方法が報告されている（例えば、非特許文献１）。

M. Hatano、S. Moon、M. Lee and K. Suzuki、(C．P．Grigoropoulos)、Journal of Applied Physics、Vol．87、No．1、2000、pp、36 to 43、Excimer Laser-Induced Temperature Field in Melting and Resolidification of Silicon Thin Films

上記文献には、モニタ光についてのシリコン薄膜からの反射光は、１ナノ秒（以下「ｎｓ」と表記する）の応答時間すなわち１ｎｓの時間分解能を有する、例えばシリコンＰＮ接合フォトダイオード型光検出器で検出され、検出信号波形の時間的変化が１ＧＨｚである周波数信号をサンプルするサンプリングオシロスコープで計測される、ことが示されている。

シリコン薄膜は、数十〜１００ｎｓ間のレーザ照射により溶融し、その後の固化過程において、結晶化しまたは結晶粒の成長が生じる。その結果、シリコン薄膜は、非晶質から多結晶質に変化する。溶融から固化終了までの時間は数百ｎｓである。

シリコン薄膜は、溶融により金属的性質を帯び、消衰係数ｋが増大し、これによって反射光強度が増し、また、溶融後の固化により消衰係数ｋが減少し、これによって反射光強度が減少する。溶融および固化時のシリコン薄膜の反射光強度の時間的変化は前記光検出器で検出され、薄膜の特性が決定され、これに基づいて薄膜の結晶性が評価される。

しかし、上記文献に記載された方法では、反射光強度について約１ｎｓ毎に１つの情報が得られるのみである。

この１つの情報からは、例えば、溶融の時間、あるいは反射率や透過率を得ることしかできず、このため、屈折率や消衰係数のような、薄膜が結晶化する進行の度合いを評価するためにより重要な薄膜の光学的特性を決定することは困難である。

また、数百ｎｓの溶融−固化過程に関する反射光強度の変化すなわち薄膜が結晶化する進行の度合いを１ｎｓよりさらに高い時間分解能で測定することは、実質的に不可能である。

このため、これまでは、薄膜の特性を正しく特定できず、結果として、不確かな評価をされた薄膜を有する薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いる液晶表示装置等においては、例えば電気的特性の不良が生じることが知られている。

この発明の目的は、半導体薄膜の特性を決定するために、高速で薄膜の状態を検出する方法およびその装置を提供することである。すなわち、この発明の目的は、薄膜または被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する方法およびその装置を提供することである。

この発明は、少なくとも処理対象に対して所定の処理または加工が可能な光エネルギーが照射された箇所にモニタ光を照射し、モニタ光により前記処理対象から生じる反射光を、実質的に連続した複数の光感知要素を有する光感知機構により検知し、光感知機構により検知した反射光の強度の角度分布の時間的な変化を監視することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視方法である。

また、この発明は、少なくとも処理対象に対して所定の処理または加工が可能な光エネルギーが照射された箇所にモニタ光を照射するモニタ光照射手段と、前記モニタ光照射手段により照射されたモニタ光により前記処理対象から生じる反射光を、実質的に連続した複数の光感知要素を有する光感知機構により検知する検知手段と、前記検知手段の光感知機構により検知された反射光の強度の角度分布の時間的な変化を検知する検知手段と、を有することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視装置を提供するものである。

また、この発明は、少なくとも処理対象に対して所定の処理または加工が可能な光エネルギーが照射された箇所にモニタ光を照射可能なモニタ光発生装置と、前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光を検出し、前記反射光に対応する電子または前記反射光に対応する電子が変換された光を検知する光感知機構と、前記光感知機構により検知された前記反射光の強度の角度分布の時間的な変化を測定する反射光測定機構と、を有することを特徴とする被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する装置を提供するものである。

また、この発明は、偏光光であるモニタ光を照射可能なモニタ光発生装置と、前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光を検出し、前記反射光に対応する電子または前記反射光に対応する電子が変換された光を検知する光感知機構と、を有することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視装置を提供するものである。

また、この発明は、偏光光であるモニタ光を照射し、モニタ光が照射されることで処理対象から生じる反射光を検出し、検知された光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視方法である。

以上説明したように、この発明の薄膜の処理状態または加工状態監視装置によれば、薄膜に何らかの処理／加工を施す（例えばアニール処理）際に、処理対象である薄膜の変化開始（例えば溶融）から変化終了（例えば固化）に至るまでの薄膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋの時間的な変化がピコ秒の高い時間分解能で得られ、これに基づいて、薄膜の状態変化（例えば結晶化）の進行や、結晶粒の成長の変遷を、ピコ秒単位に知ることができ、併せて、薄膜の溶融の進行の度合いや薄膜の温度の変遷を知ることができる。

一例を示すと、アモルファスシリコンを多結晶化するレーザアニールにおいては、反射光測定器により得られた反射光の強度の角度分布の時間的な変化が減少し、反射光の強度の角度分布が一定またはほぼ一定の値に収まったとき、薄膜が固化（多結晶化）したことを、ｐｓｅｃ単位で検出できる（アモルファスシリコン薄膜がアニールされて多結晶シリコンに変化する点（条件）が検出される）。

また、溶融状態のシリコン膜の上下または少なくとも一方に層状に形成（位置）される評価対象である薄膜以外の薄膜や（単体での）基板の屈折率および消衰係数を考慮して、薄膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋの時間的な変化の算出することで、評価対象である薄膜の結晶化の進行の度合いや結晶粒の成長変遷をさらに高い精度で知ることができる。

さらに、モニタ光用の光源に偏光光光源（レーザ装置）を用い、反射率角度分布を相互に直交する方向に測定することで、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分の反射率を同時に得ることができ、より高い精度で、（基板の条件を特定するために利用されるｎ（屈折率）とｋ（消衰係数）を測定可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明を実施した薄膜の処理状態または加工状態監視装置が組み込まれる基板加工／処理装置の一例としてのレーザアニール装置の一例を示す。

薄膜の処理状態または加工状態監視装置１は、加工／処理に際して特性を決定すべき対象である基板Ｓを保持した基板加工／処理装置の一例である、例えばレーザアニール装置１０１の所定の位置、図１の例では基板Ｓの背面側に、一体的に組み込まれている。なお、薄膜の処理状態または加工状態監視装置１およびレーザアニール装置１０１のそれぞれは、図示しないが所定の真空度に減圧もしくは雰囲気に置換された真空容器内で稼働される。

レーザアニール装置１０１は、アニール用のレーザ光源装置１１１と薄膜Ｆが形成された基板Ｓを取り外し可能に保持する試料台１２１とを互いに直交する二方向に移動させるＸＹステージ駆動機構（図示せず）とを備える。なお、図１の例では、試料台１２１は、その一部のみが示されている。また、レーザ光源装置１１１には、後段で説明する薄膜の処理状態および加工状態監視装置１のモニタ用光源装置３１に、レーザ光源装置１１１によるレーザ光の発生タイミング、モニタ光出射タイミングおよび図２により以下に説明するストリークカメラを動作させるタイミングを設定可能な時間調整装置（タイミング報知機構）１１３が接続されている。すなわち、後段に説明するモニタ用レーザ光ＬＭが出射されるタイミングは、時間調整装置（タイミング報知機構）１１３により、アニール用レーザ光がレーザ光源装置１１１から出力された時刻に対して、所定のタイミングに設定される。また、モニタ光が出射されるタイミングに合わせてストリークカメラが所定のタイミングで動作される。

レーザ光源装置１１１に用いるレーザとして、例えば、ルビーレーザ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（以下「ＹＡＧ」と表記する）レーザ、エキシマレーザ等を用いることができる。

レーザ光源装置１１１は、パルス発振型のレーザ光源装置であり、通常、１パルス当たり約１Ｊのエネルギーのレーザ光ＥＸを、パルス時間２０〜１００ナノ秒（以下「ｎｓ」と表記する）で発生する。図１に示した例では、レーザ光源として、クリプトンフッ素（以下「ＫｒＦ」と表記する）レーザを用い、１秒間に１００回の割合で約２５ｎｓのパルス幅を有するレーザ光ＥＸを得ている。

レーザ光源装置１１１は、薄膜Ｆをアニールするためのレーザ光ＥＸの照射箇所ｘｙとして、薄膜Ｆの全域、あるいはその一部、例えば３６５ｍｍ×４００ｍｍの帯状の領域を選択することができる。また、レーザ光ＥＸを帯状領域に照射している間に、試料台１２１をＸＹステージ駆動機構により一方向に移動させることによっても、薄膜Ｆの全域にレーザ光を照射することができる。この場合、レーザ光ＥＸの薄膜Ｆへの１回の照射時間は、例えば２５ｎｓとすることができる。

レーザ光源装置１１１は、図示しないが、レーザ発振を生じさせる共振器と、共振器から出射されるレーザ光のビーム形状を、アニール（レーザ照射）に適した形状に整形するレンズ系とを含む。レンズ系を経由して薄膜上に照射されるレーザのエネルギー密度は、たとえば１Ｊ／ｃｍ^２程度に調整される。

薄膜Ｆとして、例えば、シリコンを主成分とする薄膜、水素化アモルファスシリコン薄膜、スパッタシリコン薄膜、シリコンゲルマニウム薄膜、もしくは脱水素処理したアモルファスシリコン薄膜等の、所定の厚さに成膜された非晶質（以下「アモルファス」と表記する）半導体薄膜を用いることができる。図１の例では、成膜された非晶質シリコンの薄膜を用いている。非晶質シリコンとして、通常、脱水素処理された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用いている。

基板Ｓとして、透明のガラス基板やプラスチック基板、シリコン基板等を用いることができる。図１の例では、透明のガラス基板を用いている。

非晶質シリコン薄膜Ｆを有するガラス基板Ｓは、試料台１２１に取り外し可能に取り付けられ、アニール用のレーザ光ＥＸの照射が可能の位置に位置決めされている。図１の例では、非晶質シリコン薄膜Ｆおよびガラス基板Ｓは、それらの一部のみが示されている。

薄膜の処理状態または加工状態監視装置１は、モニタ光照射器３と、反射光測定器５と、信号処理装置７とを含む。

図１に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置１において、モニタ光照射器３は、モニタ用光源装置３１と、整形光学器３３と、ビームエクスパンダー３５と、集光レンズ３７とを備える。

モニタ光照射器３のモニタ用光源装置３１は、例えばＡｒレーザ、ヘリウムネオン（以下「Ｈｅ−Ｎｅ」という）レーザもしくはＮｄ：ＹＡＧレーザ等であり、Ｓ偏光またはＰ偏光の連続波レーザ（以下「ＣＷレーザ」と示す）光が出力される。なお、図１の例では、モニタ用光源装置３１は、概ね５３２ｎｍの波長のレーザ光を出力可能なＮｄ：ＹＡＧレーザであり、１０ｍＷのパワーで直径約５ｍｍのビーム径を有するレーザ光が得られる。

整形光学系３３は、例えば矩形もしくは円形のレンズを含み、多くの場合ガウシアン分布であるレーザ光の断面強度分布に起因する（中央部よりも少ない）周辺部の強度分布を均一化するとともに、断面形状を所定の形状に整形する。すなわち、中央部に比較して強度分布が低いレーザ光の周辺部の強度は、整形光学系３３により、均一化される。また、断面形状は、所定の形状に整形される。

ビームエクスパンダー３５は、モニタ用光源装置３１からのモニタ用レーザ光の集光角を広げ、集光レンズ３７により集光させる際の角度測定範囲および精度を高めるために、有益である。

モニタ用光源装置３１からの連続（ＣＷ）レーザ光は、整形光学器３３により断面形状が所定の形状に整形される。図１に示した例では、モニタレーザ光ＬＭの断面は（整形光学器３３により）概ね円形に整形される。

整形光学器３３によりビームスポット形状が所定形状に整形されたモニタレーザ光ＬＭは、ビームエクスパンダー３５により、（試料台１２１上にセットされた）基板Ｓに照射される前段で集光レンズ３７に入射される際に、大きな角度範囲で集光レンズ３７に入射可能に、断面が拡大される。すなわち、角度測定の精度を上げるためには、基板Ｓ上に集光されるモニタ光のビーム径が小さく、かつ大きな入射角度（角度範囲）のレーザ光を照射することが望ましい。

集光レンズ３７により、モニタ光ＬＭ、すなわち整形光学器３３およびビームエクスパンダー３５を通過されてビームスポットが概ね円形に変換され、大きな角度範囲（広がり角＝この場合は収束角）が与えられた光は、薄膜Ｆに集光される。図１に示した例では、モニタ光ＬＭは、試料台１２１の所定の位置にセットされたガラス基板Ｓを通して、基板Ｓ上に所定厚さに堆積されている非晶質シリコン薄膜Ｆに集光される。

また、薄膜の処理状態または加工状態監視装置１における反射光測定器５は、モニタ光ＬＭについての薄膜Ｆからの反射光ＬＲを受ける光感知部５１、光感知部５１に反射光ＬＲを導く光学系５３および光感知部５１で受光した光を光電変換して所定の電気信号を出力する信号出力部５５とを有する。なお、光学系５３は、光感知部５１に入射される反射光ＬＲを、点（発散性を有する）から平行光に変換する。すなわち、反射光ＬＲが光学系５３に入射したときの角度分布が維持される。また、光感知部５１と対象物（基板Ｓ）との間に、反射鏡５７が設けられている場合には、光感知部５１すなわち反射光測定器５が配置される際の自由度が増大される。

反射光測定器５の主要な部分すなわち信号出力部５５としては、例えば図２により以下に説明するように、光を電子に変換したのち、再び光に変換するストリークカメラが利用可能である。

図２は、図１を用いて説明した薄膜の処理状態または加工状態監視装置１に組み込まれる信号出力部すなわちストリークカメラ５５の一例を説明している。

ストリークカメラ５５は、一般には、光電変換器６１と掃引電界を発生する電界発生器６３と蛍光板６５とを備える。なお、掃引電極６３−２には、掃引回路６３−１により、所定タイミングで掃引電圧（パルス）Ｐが入力される。また、ストリークカメラ（信号出力部）５５に、加速電極６７あるいは電子増倍器（ＭＣＰ）６９の少なくとも１つが一体に取り付けられることで、より検出感度が向上可能である。

ストリークカメラ５５は、図１に示したタイミング報知機構（時間調整装置）１１３により設定される所定のタイミングで動作される。一例を示すと、タイミング報知機構１１３により、所定のタイミングでレーザ光源装置１１１からアニール用レーザ光が出力され、レーザ光源装置１１１によるアニール用レーザ光の出力に基づいた所定のタイミングで、モニタ用光源装置３１からのモニタ用レーザ光の出力およびストリークカメラ５５の動作タイミングが設定される。

図３は、図１に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置１に接続される信号処理装置７の構成の一例を示している。図３に示されるように、信号処理装置７は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）である制御装置７１と信号入力部７３とデータ記憶部（メモリ）７５および表示装置７７を有する。

なお、信号入力部７３は、ストリークカメラ５５の蛍光板６５に到達した電子Ｅに対応する光、すなわち蛍光板６５に到達した電子Ｅが蛍光板６５により、その位置で再び光に変換されて出力された光の位置に対応する位置信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を含み、ストリークカメラ５５の出力（位置信号）を、メモリ７５（データ記憶部）に、順次格納させることができる。

また、必要に応じて信号出力部７９が設けられ、信号出力部７９の出力信号により、例えばレーザアニール装置１０１の光源であるレーザ装置１１１の出力がフィードバック制御されてもよい。

次に、図１ないし図３により説明した薄膜の処理状態または加工状態監視装置１を用いて薄膜の処理状態または加工状態監視方法の一例を説明する。

まず、所定厚さの薄膜Ｆが形成された基板Ｓを試料台１２１の所定の位置に取り付け、試料台１２１を、図示しないＸＹステージ駆動機構で所定の位置に移動させる。

次いで、ＸＹステージ駆動機構により試料台１２１が、任意の一方向に、一定の速度で移動されながら、レーザ光源装置１１１から１パルス当たり約１Ｊ／ｃｍ^２のパワーに設定されたＫｒＦレーザ光が、１秒間に１００回、かつ約２５ｎｓのパルス幅で発生される。従って、基板Ｓ上に堆積されている薄膜Ｆの所定位置に、２５ｎｓ間だけＫｒＦレーザ光が照射される。このとき、試料台１２１は、任意の一方向に一定の速度で移動されているので、基板Ｓ上の薄膜Ｆの全領域は、所定の順に、ＫｒＦレーザ光により露光される。すなわち、基板Ｓ上の薄膜Ｆの全領域がレーザアニールされる。

タイミング報知機構（時間調整装置）１１３により、アニール用レーザ光ＥＸの発生に対して所定のタイミング、この実施の形態では、レーザ光ＥＸの出力と実質的に同時に、モニタ用光源装置３１に入力され、モニタ光ＬＭが出力される。モニタ用光源装置３１にＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた場合、モニタ光ＬＭは、１０ｍＷ、直径約５ｍｍのビーム径で、波長が約５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光である。

モニタ用光源装置３１からのＮｄ：ＹＡＧレーザ光は、整形光学器３３、ビームエクスパンダー３５および集光レンズ３７を通り、基板Ｓの背面から基板Ｓを透過して薄膜Ｆに集光される。この際、モニタ光ＬＭの集光径は、必要とされる角度測定範囲、精度を満足するように、集光レンズ３７により十分に小さく集光（設定）される。

被測定対象すなわちアニール装置１０１の試料台１２１にセットされた基板Ｓ上の非晶質シリコン薄膜Ｆに照射されたモニタ光ＬＭの少なくとも一部は、反射光ＬＲとして、非晶質シリコン薄膜Ｆから基板Ｓ側に戻される。

基板Ｓ側に戻された反射光ＬＲは、反射鏡５７により反射光測定器すなわちストリークカメラ５５に向かう所定方向に案内され、光学系５３により、ストリークカメラ５５の光電変換面（光電変換器）６１に結像される。なお、ストリークカメラ５５の出力から、後段に説明するように、反射光ＬＲの強度の角度分布の時間的な変化を測定し、この時間的変化に基づいて、薄膜Ｆの屈折率および消衰係数の時間的な変化を求めることで、薄膜Ｆの特性が検出できる。

光電変換器６１は、帯状の平面形状を有する光電面ＰＳを有し、光電面ＰＳでの光電子放出現象により、光電面ＰＳに受けた反射光ＬＲの面あたりの光強度に対応する電子Ｅを発生させる。また、試料面からの角度分布を保持した状態で光電面ＰＳに案内された反射光ＬＲに対応する個々の電子Ｅは、角度情報を維持した状態で、蛍光板６５に引き寄せられる。

光電変換器６１の光電面ＰＳに入力され、光電変換された電子Ｅは、信号処理装置７により、個々に、その位置が計測される。従って、電子Ｅの位置情報が得られる。位置情報は、例えば「位置」が外側ということは「角度」が大きいことに対応されるので、最終的に、角度情報が得られる。

電界発生器６３は、時間的に変化する電界を発生させる。詳細には、掃引回路装置６３−１にトリガ信号Ｐが入力されると、トリガ信号Ｐに応じ、掃引回路装置６３−１から、時間の経過にともなって電極間電圧が変化される掃引電圧が、電極６３−２に入力される。これにより、光電変換器６１で発生された電子Ｅの進行方向が、掃引電圧に基づいて変化される。

この場合、掃引電極６３−２に印加される電圧（電極間電圧）の変化の割合は、所定の時間に対して任意に変化されるので、電子Ｅが蛍光板６５に向けて案内される方向（電子Ｅが進む方向）の時間的変化の度合いは任意に定められる。より詳細には、図２（ｂ）により説明するように、掃引電極６３−２間に印加される電圧Ｖと掃引電極６３−２の長さｄを制御することにより、電子Ｅが到達する位置Ｌが、変化される。

従って、蛍光板６５に引き寄せられた電子Ｅの蛍光板６５での位置は、掃引電極６３−２に供給される電圧が変化される時間的変化の割合と蛍光板６５の蛍光面上の変化距離と蛍光板（蛍光位置）の分解能（蛍光位置）とにより、時間の変化に換算される。

例えば、蛍光板の分解能が１００μｍで、１ナノ秒の電圧の変化に対して到達位置Ｌが１０ｍｍ変化したならば、
１０ｐ（ピコ）ｓｅｃ＝１ｎ（ナノ）ｓｅｃ×１００μｍ／１０ｍｍ
である。

これにより、高い時間分解能で、蛍光板６５に案内される電子Ｅの位置が制御可能となる。

つまり、蛍光板６５には、帯状の平面形状を有する光電面ＰＳに対応した帯状の平面形状の投影像Ｒが形成され、１ｎｓｅｃの掃引電圧の変化により、蛍光板６５に到達する電子Ｅの到達位置が変更され、帯状の平面形状を有する投影像Ｒが、電圧の変化に追従して追加される。結果として、蛍光板６５に、複数の帯状の投影像Ｒが形成される。

なお、投影像Ｒは、信号処理部７により時間分解能に応じた時刻毎の画像データとして抽出され、制御装置（演算部）７１により、基板Ｓからの反射光ＬＲの強度の角度分布における時間的な変化が求められる。また、求められた角度分布の時間的な変化から、基板Ｓ上に堆積されている薄膜Ｆの屈折率と消衰係数ｋの時間的な変化が求められる。このようにして求められた薄膜Ｆの屈折率と消衰係数ｋの時間的な変化は、例えば表示部７７に反射率角度分布として表示される。

一例を示すと、反射光ＬＲの強度の角度分布の時間的な変化が減少し、反射光ＬＲの強度の角度分布が一定またはほぼ一定の値に収まったとき、薄膜Ｆの固化が完了したことになる（アモルファスシリコン薄膜がアニールされて多結晶シリコンに変化する点（条件）が検出される）。

前に説明した通り、シリコン薄膜（アモルファスシリコン）は、パルス幅数十〜１００ｎｓｅｃのレーザ照射により溶融し、その後の概ね１００ｍｓｅｃに亘る固化過程において、結晶化しまたは結晶粒が成長される。その結果、非晶質から多結晶質に変化したシリコン薄膜が得られる。つまり、溶融から固化終了までの時間は、数百ｎｓｅｃである。

シリコン薄膜は、溶融により、より（一層）金属的性質を帯びることで、消衰係数ｋが増大し、これによって反射光強度が増すること、また、溶融後の固化により消衰係数ｋが減少し、その結果反射光強度が減少すること、が知られている。

このことから、溶融および固化時におけるシリコン薄膜の反射光強度の時間的変化を、例えばストリークカメラ５５により、モニタ用レーザ光ＬＭの角度分布の時間的変化から検出することにより、基板Ｓ上の薄膜Ｆの特性をモニタ（検知）できる。すなわち、モニタされた基板Ｓ上の薄膜Ｆの結晶性（結晶特性）を、レーザアニール装置１０１によるアニール処理と平行して、所定時間単位で、評価できる。

なお、信号処理装置７の表示部７７には、制御装置７１の制御および信号処理の結果として、任意の時間における反射率角度分布が表示される。例えば、反射率角度分布の時間的な変化として、モニタ光ＬＭの各光線の薄膜への入射角度Φ_０に対する反射率が時系列的に表示される。この場合、反射率は、各入射角度Φ_０において反射光強度を入射光強度で除した値である。

信号処理部７の制御装置７１（反射光測定器５）は、上述したように、基板Ｓの薄膜Ｆからの反射光ＬＲの強度の角度分布の時間的な変化が予め決めた範囲内に減少したとき、時間調整装置１１３に、測定終了を報知する信号を出力する。すなわち薄膜の処理状態または加工状態監視装置１からアニール装置１０１の時間調整装置１１３に、測定終了が報知されることで、モニタ用光源装置３１からのモニタレーザ光ＬＭが停止される。なお、例えばモニタレーザ光ＬＭは、モニタ光ＬＭの発生開始から所定の時間、例えば１００ｎｓｅｃの経過後、上述した一連の測定が終了すると過程して、停止されてもよい。

以上説明したように、この発明の薄膜の処理状態または加工状態監視装置によれば、薄膜に何らかの処理／加工を施す（例えばアニール処理）際に、処理対象である薄膜の変化開始（例えば溶融）から変化終了（例えば固化）に至るまでの薄膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋの時間的な変化がピコ秒の高い時間分解能で得られ、これに基づいて、薄膜の状態変化（例えば結晶化）の進行や、結晶粒の成長の変遷を、ピコ秒単位に知ることができ、併せて、薄膜の溶融の進行の度合いや薄膜の温度の変遷を知ることができる。

また、図１ないし図３においては、モニタ光ＬＭとして集光レンズ３７により集光する光を用いる例を説明したが、複数の異なる光源から発する光（光束群）を、異なる角度で薄膜Ｆの１箇所に集光させてモニタ光とすることもできる。

なお、上述の説明では、薄膜Ｆにモニタ光ＬＭを照射する時間を、アニール用レーザ光ＥＸの照射開始から薄膜Ｆの固化完了（アモルファスシリコンから多結晶への変性）までとして説明したが、アニール用レーザ光ＥＸの照射の間にモニタ光ＬＭを照射してもよいことはいうまでもない。

さらに、アニール用レーザ光ＥＸの照射の直後すなわちレーザ光ＥＸが照射されて溶融した薄膜Ｆが固化する直前にモニタ光ＬＭを照射して、溶融した薄膜Ｆが完全に固化する（反射率角度分布が変動しなくなる、または変動が検知できなくなった後、所定時間経過後）まで、モニタ光ＬＭを照射してもよい。

あるいは、アニール用レーザ光ＥＸの照射終了と同時にモニタ光ＬＭを照射して、薄膜Ｆの固化完了まで、または、所定の時間例えば１００ｎｓ間、モニタ光ＬＭを照射してもよい。

また、光電面ＰＳで変換された電子Ｅを蛍光板６５に正確かつ効率的に結像させるため、掃引電極６３−２に向かう電子Ｅに加速電界を与える加速電極６７や、掃引電極６３−２を通った電子を増倍させるＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）に代表される電子増倍器６９のいずれかまたはその両方が組み込まれた場合には、前に説明したが、より検出感度が向上される。なお、ＭＣＰ（電子増倍器）６９は、例えば複数の孔が開けられた金属板を絶縁材により絶縁し、複数段積層した構造を有し、光電変換器６１側の金属板と蛍光板６５側の金属板との間に所定の電界が印加されることにより、複数の孔の内壁に接触しながら金属板の開孔を通過する電子Ｅにより生じる二次電子放出により、光電面２１５から出力された電子Ｅを増幅するものである。

図４に、ストリークカメラ５５により得られた反射率角度分布の一例を示す。曲線Ｒ１Ｓ、Ｒ２ＳおよびＲ３Ｓは、それぞれ、Ｓ偏光に対する反射率角度分布を時系列的に示す。また、曲線Ｒ１Ｐ、Ｒ２ＰおよびＲ３Ｐは、それぞれ、Ｐ偏光に対する反射率角度分布を時系列的に示す。なお、曲線Ｒ１Ｓ、Ｒ１Ｐは、アニール処理前の非晶質（アモルファス）シリコン薄膜についての反射率角度分布を示す。また、曲線Ｒ２Ｓ、Ｒ２Ｐは、溶融状態のシリコン薄膜についての反射率角度分布を示す。さらに、曲線Ｒ３Ｓ、Ｒ３Ｐは、固化直後の多結晶質（アモルファスシリコンがアニールされて結晶化した）シリコン薄膜についての反射率角度分布を示す。Ｒ３Ｐが横軸に接した場合、全反射を示す。

なお、図５に示すように、反射率Ｒは、屈折率ｎ_０ 、消衰係数ｋ_０の層から屈折率ｎ_１ 、消衰係数ｋ_１の層へ光が入射する場合、角度φ_０ に関して、 Ｒ＝Ｅ_ｏｕｔ／Ｅ_ｉｎ で示される。

より詳細には、法線に対して角度φ_０ で、屈折率ｎ_０ 、消衰係数ｋ_０の層から屈折率ｎ_１ 、消衰係数ｋ_１の層へ光が入射する場合、反射率ＲのうちのＰ偏光成分ＲｐおよびＳ偏光成分Ｒｓのそれぞれについて、ｆを関数とすると、
Ｒｐ＝ｆ（φ_０ ，ｎ_０ ，ｋ_０ ，ｎ_１ ，ｋ_１）
Ｒｓ＝ｆ（φ_０ ，ｎ_０ ，ｋ_０ ，ｎ_１ ，ｋ_１）
であるから、φ_０ ，ｎ_０ ，ｋ_０ が既知であれば、
Ｒｐ＝ｆ（ｎ_１ ，ｋ_１）およびＲｓ＝ｆ（ｎ_１ ，ｋ_１）
により、ＲｐとＲｓを求めることができる（ｎ_０ ，ｋ_０ を大気とすることで「ｎ_０ ＝１，ｋ_０ ＝０」である、ｋ＝０であれば、Ｒｐは理論上「０」となる）。

なお、図６および図７により以下に説明するとおり、多くの場合、Ｒｐは、入射角φ_０の変化に対して、最小値（極小値）を持つ（図６参照）。一方、Ｒｓは、入射角φ_０が増加した場合には、単調増加となる（図７参照）とともに、材質やｎ_１ ，ｋ_１の組み合わせに関連して多くの特徴的な変化を示す。また、Ｐ偏光を用いて入射角φ_０を変化させた場合に反射率が最小値となる角度は、ブリュスター角である。

しかしながら、任意のｎ_０ ，ｋ_０ に対する反射率Ｒから得られるｆ（ｎ_１ ，ｋ_１）は、実質的に無数である。このため、薄膜Ｆに用いられる材質および厚さ、薄膜Ｆの層数および相互間の間隔、等をパラメータとして、ｎ_１ ，ｋ_１のデータをできる限り多く集めることが有益である。

ｎ_１ ，ｋ_１を用いて材質の状態を特定するために、例えば図８ないし図１０を用いてその原理の主要な部分を説明する。

例えば、図８は、任意の材質に関して、ＲｐおよびＰｓのそれぞれを求めるための入射角φ_０を固定した際に、材質の違いにより得られるさまざまなｎ_１ ，ｋ_１を示している。図８から、ｎを一定とした場合、ｋが小さいほど反射率が小さくなることが認められる。

図９および図１０は、横軸をブリュスター角とした場合の（Ｐ偏光成分の反射率）Ｒｐの変化とさまざまなｎ_１ ，ｋ_１の関係を示している。図９から、ブリュスター角が大きくなる条件（材質）において、ブリュスター角が大きくなるにつれてｎが大きくなることおよびｎを任意の大きさ（値）に固定した場合に、ｋが大きくなるにつれて反射率が増加することが認められる。図１０からも同様の結果が読みとれる。なお、図８ないし図１０は、それぞれ、PROC．PHYS．LXXVII、5、pp．949 〜 957 に示された「Comparison of Reflection Method for Measuring Optical Constants without Polarimetric Analysis、and Proposal for New Methods based on the Brewster Angle」に、図３ないし図５として紹介されているデータに類似したデータである。

このように、ｎ_１ ，ｋ_１のデータを信号処理装置７のメモリ７５に記憶しておくことで、反射光を用いて材質の状態を求めることができる。

なお、図１に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置１およびモニタ用光源装置３１を用いる場合、薄膜Ｆは、複数の層が積層された状態であることは容易に想像できる。従って、層数および相互間の間隔を変化させた条件により求められたさまざまなｎ_１ ，ｋ_１ ，ｎ_２ ，ｋ_２ ，・・・，ｎ_ｎ ，ｋ_ｎのデータが記憶されていることはいうまでもない。

なお、上述した薄膜の処理状態または加工状態監視装置においては、溶融状態のシリコン膜の上下または少なくとも一方に層状に形成（位置）される評価対象である薄膜以外の薄膜や（単体での）基板の屈折率および消衰係数を考慮して、薄膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋの時間的な変化の算出することで、評価対象である薄膜の結晶化の進行の度合いや結晶粒の成長変遷をさらに高い精度で知ることができる。また、上述した本発明の実施の形態においては、薄膜の処理状態または加工状態監視装置を、レーザアニール装置に組み込む例を示して、その構成および動作を説明したが、例えば基板Ｓに薄膜Ｆを所定厚さに堆積するスパッタリング（Sputtering）装置やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に組み込むことにより、薄膜Ｆが堆積される過程すなわち成膜状況等を監視できる。また、例えばドライエッチング（Dry etching）装置やプラズマエッチング（plasma etching）装置等に組み込むことにより、エッチングの終点の検出（境界部のエッチング状況のモニタ）が可能となる。

図１１は、図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置の別の実施の形態の一例を示している。なお、図２および図３に示した構成と同じ構成もしくは類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１１に示した処理状態または加工状態監視装置２０１は、モニタ光照射器３と、反射光測定器２０５と、信号処理装置７とを含む。

図１１において、反射光測定器２０５は、図２を用いて前に説明した信号出力部すなわちストリークカメラ５５の後段で、ストリークカメラ５５と撮像装置を含む信号入力部７３（図３参照）との間に、微弱な入力エネルギー、例えば可視光あるいは可視光に近接したスペクトル帯である近赤外光もしくは近紫外光を受光して光電変換し、光電変換により得られた電子Ｅを、加速電界の印加およびまたは電子増倍器により増倍したのち、蛍光面を用いて（電子から）再び可視光を得る光電子増倍器（イメージインテンシファイア）２１１を有する。

なお、イメージインテンシファイア２１１は、一般には、入力光もしくはエネルギーが入力される入力窓２１３、入力窓２１３と一体に形成され、入力窓２１３から入力された入力光または入射エネルギーを電子Ｅに変換する光電面２１５、光電面２１５により光またはエネルギーが変換された電子Ｅを加速する加速電極２１７、加速された電子Ｅにより蛍光を生じる蛍光面（スクリーン）２１９等を含み、入力窓すなわち光電面２１５により受光した光もしくは入射エネルギーを増幅して、光（蛍光）を出力する。また、光電面２１５と蛍光面２１９との間に、図２により前に説明したと同様のＭＣＰ（電子増倍器）が組み込まれる場合には、さらに検出感度が向上されることはいうまでもない。

イメージインテンシファイア２１１により、ストリークカメラ５５によって測定されたある時間範囲の蛍光像が増幅されるので、前に説明した反射光として得られる入力光の強度が増幅される。

図１２は、図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置のさらに別の実施の形態を示している。なお、図２および図３に示した構成と同じ構成もしくは類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２に示した処理状態または加工状態監視装置３０１は、モニタ光照射器３０３と、反射光測定器３０５と、信号処理装置７とを含む。なお、反射光測定器３０５は、図２および図３により前に説明した光測定器の向きを変えたのみで、実質的に図２および図３に示した光測定器と同一であるから説明は省略する。また、光測定器として、図１１を用いて説明したイメージインテンシファイア２１１が組み込まれてもよいことはいうまでもない。

図１２において、モニタ光照射器３０３および反射光測定器は、図示しないＸＹステージ駆動機構上にセットされた試料台１２１上の所定の位置に位置された基板Ｓに所定厚さに堆積されている薄膜Ｆに対して、薄膜Ｆが堆積されている側すなわち試料台１２１と逆の側に設けられている。なお、反射光測定器３０５は、試料台１２１すなわち基板Ｓおよび薄膜Ｆと対向する位置であって、集光レンズ３７から反射光測定器３０５に延びる光軸（系の光軸）Ｏｚ上の所定の位置に設けられている。また、モニタ光照射器３０３は、同光軸Ｏｚに対して所定の角度（一般に４５°）で挿入される、例えばハーフミラーのようなビームスプリッタ３９１により、試料台１２１上に位置される基板Ｓの面方向と概ね平行な方向に配置される（モニタ光照射器３０３は、光軸Ｏｚと直交する光軸Ｏｙ上の所定の位置に設けられる）。

モニタ光照射器３０３に、少なくともＳ偏光成分を含むレーザ光ＬＭを出力する、例えばレーザ光を出射するレーザ装置を用いることにより、少なくともＳ偏光成分を含む光により反射率角度分布反射率を得ることができ、より高い精度で、（基板の条件を特定するために利用されるｎ（屈折率）とｋ（消衰係数）を測定可能となる。

図１３は、図１２に示した処理状態または加工状態監視装置のさらに別の実施の形態を示している。なお、図１２に示した構成と同じ構成もしくは類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１３においては、光源は、偏光光光源であり、２つの光検出器により、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のそれぞれの反射光を同時に測定することを目的としている。

図１３に示した処理状態または加工状態監視装置４０１は、モニタ光照射器４０３と第１および第２の反射光測定器４０５Ａ、４０５Ｂと信号処理装置７とを含む。なお、反射光測定器４０５Ａ、４０５Ｂは、図１１を用いて前に説明したイメージインテンシファイアが組み込まれた測定器であってよいことはいうまでもない。

図１３において、モニタ光照射器３０３および第１および第２の反射光測定器４０５Ａ、４０５Ｂは、図示しないＸＹステージ駆動機構上にセットされた試料台１２１上の所定の位置に位置された基板Ｓに所定厚さに堆積されている薄膜Ｆに対し、薄膜Ｆが堆積された側すなわち試料台１２１と逆の側に設けられている。

第１の反射光測定器４０５Ａは、試料台１２１すなわち基板Ｓおよび薄膜Ｆと対向する位置であって、集光レンズ３７から第１の反射光測定器４０５Ａに向かう光軸（系の光軸）Ｏｚ上の所定の位置に設けられている。また、第２の反射光測定器４０５Ｂは、試料台１２１すなわち基板Ｓおよび薄膜Ｆと対向する位置であって、同光軸Ｏｚと直交する方向の所定の位置に設けられている。なお、第２の反射光測定器４０５Ｂは、光軸Ｏｚに対して所定の角度（一般に４５°）で挿入される、例えばハーフミラーのようなビームスプリッタ４９２を介して、試料台１２１上に位置される基板Ｓの面方向と概ね平行な方向に配置される（第２の反射光測定器４０５Ｂは、光軸Ｏｚと直交する光軸Ｏｙ２上の所定の位置に設けられる）。

一方、モニタ光照射器４０３は、光軸Ｏｚに対して所定の角度（一般に４５°）で挿入される、例えばハーフミラーのようなビームスプリッタ４９３を介して、試料台１２１上に位置される基板Ｓの面方向と概ね平行な方向に配置される（モニタ光照射器４０３は、光軸Ｏｚと直交する光軸Ｏｙ_１上の所定の位置に設けられる）。

モニタ光照射器４０３に、レーザ光を出射するレーザ装置を用い、反射率角度分布を相互に直交する方向に測定することで、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分の反射率を同時に得ることができ、より高い精度で、（基板の条件を特定するために利用されるｎ（屈折率）とｋ（消衰係数）を測定可能となる。

なお、図１３から明らかなように、モニタ光照射器４０３と第２の反射光測定器４０５Ｂは、基板Ｓに平行に配置される。また、第１および第２の反射光測定器４０５Ａ、４０５Ｂは、ビームスプリッタ４９２の向きが適切に方向づけられることで、それぞれが含む、図示しないストリークカメラが受光する反射光ＬＲの角度分布の方向を、互いに直交する２軸方向とすることができる。

この場合、信号処理部７の演算部（制御装置）７１に、例えば２次元解析ソフト（アプリケーション）を組み込むことで、２軸（すなわちＰ偏光成分およびＳ偏光成分）の反射率分布を同時に求めることができる。

図１４は、図２および図３に示した処理状態または加工状態監視装置を、イオンビームスパッタリング装置５０１に適用した例を示している。なお、図２および図３に示した構成と同じ構成もしくは類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１４においては、図示しないＸＹステージ駆動機構上にセットされた試料台１２１上の所定の位置に位置された基板Ｓに、例えばＳｉ薄膜が所定の厚さに堆積されている。

基板Ｓに対して、例えばＡｒ＋イオンのイオンビームを放射可能なイオン源５５１から、例えばＡｌ等であるターゲット５５３に向けてイオビームが提供される。なお、イオンビームスパッタリング装置は周知であるから、詳細な説明は省略する。

処理状態または加工状態監視装置におけるモニタ光照射装置５０３、およびストリークカメラ５５は、イオンビームの影響を受けないよう、図示しないハウジング（ガラス容器）の外に、例えばレンズ５０５（あるいは図示しないが厚さが均一な保護ガラス）を介在させた状態で、設けられる。

モニタ光照射装置５０３は、例えば周知のＨｅ−Ｎｅレーザであり、所定波長（６３３ｎｍ）のレーザ光を出力する。

モニタ光照明装置５０３は、前に説明したと同様に、例えば整形光学系、ビームエクスパンダー等を含み、所定形状および断面光強度が与えられたレーザ光が、ハーフミラー５１１により基板Ｓに向けて案内される。ハーフミラー５１１により折り曲げられたレーザ光は、例えば集光光学系５２１により、基板Ｓの所定の位置に集光される。

基板Ｓで反射されたレーザ光すなわち反射光は、ハーフミラー５１１を通過してストリークカメラ５５に案内される。

ストリークカメラ５５の出力（像）は、図３により前に説明したとおり信号処理装置７に入力される。信号処理装置７では、図８および図１０により説明したとおり、メモリ７５に記憶されている反射光データが参照されて、基板Ｓに設けられている薄膜の状態の変化がモニタされる。

また、詳述しないが、本発明による薄膜の処理状態または加工状態監視装置により半導体薄膜が所定に形成された基板（薄膜）上にレジスト層（図示せず）を設け、図示しないマスクを透過した光学像（ＭＯＳ−ＴＦＴすなわち薄膜トランジスタ向けパターン）をレジスト層の表面に露光することで形成された半導体パターンを組み合わせて得られる、ＴＦＴパターン（薄膜トランジスタ）が形成されたガラス基板と、同様に処理され、所定のパターンが形成された対向基板とが所定間隔で対向された後、両基板間に、所定厚さの電気光学物質例えば液晶材を配置し、両基板間を気密して駆動回路などを付加することで、液晶パネルが形成される。

なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形、変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。例えば、上述した実施の形態を説明するために、カラー画像形成装置に利用可能な定着装置の一例を説明したが、トナーを用いるファクシミリ装置等にも利用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態である薄膜の処理状態または加工状態監視装置が組み込まれる基板加工／処理装置の一例であるレーザアニール装置を説明する概略図。 図１に示した基板加工／処理装置に組み込まれる薄膜の処理状態または加工状態監視装置およびその装置に組み込まれるストリークカメラの一例を説明する概略図。 図２に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置の信号処理系の一例を説明する概略図。 図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置により得られる検査対象物の反射率角度分布の一例を説明するグラフ。 図４に示した反射率角度分布を生成するための反射率を説明する概略図。 図４に示した反射率角度分布の「Ｐ偏光成分」の特性を説明する概略図。 図４に示した反射率角度分布の「Ｓ偏光成分」の特性を説明する概略図。 ｎ_１ ，ｋ_１を用いて材質の状態を特定できる原理を説明する概略図。 ｎ_１ ，ｋ_１を用いて材質の状態を特定できる原理を説明する概略図。 ｎ_１ ，ｋ_１を用いて材質の状態を特定できる原理を説明する概略図。 図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置のさらに別の実施の形態の一例を説明する概略図。 図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置のさらに別の実施の形態の一例を説明する概略図。 図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置のさらに別の実施の形態の一例を説明する概略図。 図２および図３に示した薄膜の処理状態または加工状態監視装置のさらに別の実施の形態の一例を説明する概略図。

符号の説明

１…薄膜の処理状態または加工状態監視装置、３…モニタ光照射器、５…反射光測定器、７…信号処理装置、３１…モニタ用光源装置、３３…整形光学器、３５…ビームエクスパンダー、３７…集光レンズ、５１…光感知部、５３…光学系、５５…信号出力部（ストリークカメラ）、６１…光電変換器、６３…電界発生器、６５…蛍光板、６７…加速電極、６９…電子増倍器（ＭＣＰ）、７１…制御装置、７３…信号入力部、７５…データ記憶部（メモリ）、７９…信号出力部、１０１…レーザアニール装置、１１１…レーザ光源装置、１１３…時間調整装置（タイミング報知機構）、１２１…試料台。

Claims (22)

1. 少なくとも処理対象に対して所定の処理または加工が可能な光エネルギーが照射された箇所にモニタ光を照射し、
   モニタ光により前記処理対象から生じる反射光を、実質的に連続した複数の光感知要素を有する光感知機構により検知し、
   光感知機構により検知した反射光の強度の角度分布の時間的な変化を監視することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
2. 反射光の強度の角度分布の時間的な変化の監視は、光感知機構により検知した反射光に対応する電子を発生させ、その発生された電子を、時間的に変化する電界により任意の一方向に延びた帯状蛍光面に入射させ、蛍光面で得られた時刻毎のデータを求めることを特徴とする請求項１記載の薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
3. 薄膜は、シリコンを主成分とする薄膜、水素化アモルファスシリコン薄膜、スパッタシリコン薄膜、シリコンゲルマニウム薄膜、及び脱水素処理したアモルファスシリコン薄膜の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜の処理状または加工状態監視方法。
4. モニタ光はレーザ光であり、レンズ系を介して薄膜に集光されることを特徴とする請求項１記載の薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
5. モニタ光は、偏光の方向が特定の方向に向けられている光を含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
6. 反射光測定機構により測定された反射光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて、処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する信号処理機構をさらに有することを特徴とする請求項１記載の薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
7. 反射光の強度の角度分布の時間的な変化は、表示部に表示されることを特徴とする請求項１記載の薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
8. 少なくとも処理対象に対して所定の処理または加工が可能な光エネルギーが照射された箇所にモニタ光を照射するモニタ光照射手段と、
   前記モニタ光照射手段により照射されたモニタ光により前記処理対象から生じる反射光を、実質的に連続した複数の光感知要素を有する光感知機構により検知する検知手段と、
   前記検知手段の光感知機構により検知された反射光の強度の角度分布の時間的な変化を検知する検知手段と、
   を有することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
9. 前記測定手段により測定された反射光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する信号処理手段、
   をさらに有することを特徴とする請求項８記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
10. 前記信号処理機構により算出された前記処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化に基づいて、前記処理対象の状態を特定する状態特定装置をさらに有することを特徴とする請求項８または９記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
11. 前記検知手段は、前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光の強度を、前記光感知機構に入射された後段で、増倍する光増倍機構を含むことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
12. 前記検知手段は、ストリークカメラを含むことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
13. 前記光増倍機構はイメージインテンシファイアまたはマイクロチャンネルプレートであることを特徴とする請求項１１または１２記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
14. 少なくとも処理対象に対して所定の処理または加工が可能な光エネルギーが照射された箇所にモニタ光を照射可能なモニタ光発生装置と、
    前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光を検出し、前記反射光に対応する電子または前記反射光に対応する電子が変換された光を検知する光感知機構と、
    前記光感知機構により検知された前記反射光の強度の角度分布の時間的な変化を測定する反射光測定機構と、
    を有することを特徴とする被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する装置。
15. 前記測定手段により測定された反射光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する信号処理手段、
    をさらに有することを特徴とする請求項１４記載の被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する装置。
16. 反射光の強度の角度分布の時間的な変化の測定は、前記光感知機構により検知した反射光に対応する電子を発生させ、その発生された電子を、時間的に変化する電界により任意の一方向に延びた帯状として蛍光面に案内し、蛍光面で得られた時刻毎のデータを求めることを特徴とすることを特徴とする請求項１４または１５記載の被処理対象物の処理状態または加工状態を監視する装置。
17. 偏光光であるモニタ光を照射可能なモニタ光発生装置と、
    前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光を検出し、前記反射光に対応する電子または前記反射光に対応する電子が変換された光を検知する光感知機構と、
    を有することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
18. 偏光光であるモニタ光を照射可能なモニタ光発生装置と、
    前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光を第１の方向において、検出し、前記反射光に対応する電子または前記反射光に対応する電子が変換された光を検知する第１の光感知機構と、
    前記モニタ光が照射されて前記処理対象から生じる反射光を前記第１の方向と直交する第２の方向において、検出し、前記反射光に対応する電子または前記反射光に対応する電子が変換された光を検知する第２の光感知機構と、
    を有することを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
19. 前記光感知機構により測定された反射光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する信号処理手段、をさらに有することを特徴とする請求項１７記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
20. 前記第１の光感知機構もしくは第２の光感知機構により測定された反射光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて、前記処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する信号処理手段をさらに有することを特徴とする請求項１８記載の薄膜の処理状態または加工状態監視装置。
21. 偏光光であるモニタ光を照射し、
    モニタ光が照射されることで処理対象から生じる反射光を検出し、
    検知された光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する、
    ことを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
22. 偏光光であるモニタ光を照射し、
    モニタ光が照射されることで処理対象から生じる反射光を第１の方向において検出し、
    モニタ光が照射されることで処理対象から生じる反射光を前記第１の方向と直交する第２の方向において検出し、
    第１および第２の方向において検出された反射光の強度の角度分布の時間的な変化に基づいて処理対象の屈折率および消衰係数の時間的な変化を算出する、
    ことを特徴とする薄膜の処理状態または加工状態監視方法。
    

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