JP2010027932A - 均一エネルギー照射装置および結晶化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続発振レーザー光を用いた結晶化において、集光ビーム位置の高さ変動およびレーザー発振エネルギーの変動を含むビーム集光密度のばらつきを抑制する。
【解決手段】均一エネルギー照射装置は、連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源と、連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光を基板ステージ上に載置された被処理基板の基板表面に照射するレーザー照射光学系と、基板表面において連続発振レーザー光の照射によって結晶化された領域の一部を測定領域として可視光域の照明光を照射し、この測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定する反射光強度測定部と、連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上において、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部と、反射光強度測定部で測定した反射光強度を入力してビーム集光位置調整部の駆動制御を行う制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、非晶質もしくは多結晶半導体薄膜に光線を用いて溶融し結晶化させる結晶化技術に関し、特に、連続発振レーザー光を用いたレーザー光アニール結晶化技術に関する。

ガラス基板等の絶縁体上に形成された非結晶半導体層を結晶化させて結晶質半導体層を得、この結晶質半導体層を活性層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）を形成する技術が知られている。

例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置では、シリコン膜等の半導体膜を設けガラス基板上に薄膜トランジスタを形成し、この薄膜トランジスタを切換え表示を行うためのスイッチング素子として用いている。

薄膜トランジスタの形成は、非晶質又は多結晶などの非単結晶半導体薄膜の結晶化工程を含んでいる。この結晶化技術として、例えば、大エネルギーの短パルス・レーザー光を用いて非単結晶半導体薄膜の照射領域を溶融して、結晶化するレーザー結晶化技術が知られている。

レーザー結晶化技術において、照射光としてエキシマレーザー光を用いるものと、連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を用いるものが知られている。

エキシマレーザー光を用いたレーザー結晶化において、位相変調を行うことなく均一な強度分布のレーザー光を非晶質シリコンに照射する手法（ＥＬＡ技術）と、位相変調したエキシマレーザー光を照射して行う結晶化する技術（ＰＭＥＬＡ技術）が知られている。

エキシマレーザー光を用いた結晶化技術（ＥＬＡ）は、パルス照射時間が３０nsec程度と極端に短く、微小領域を瞬間的に１０００℃以上に加熱することができるため、安価なガラス基板に低温ポリシリコン技術として普及している。１パルス当たりのエネルギー密度は０．３Ｊ／cm²程度であるため、９０〜９９％の重ね照射を行う必要がある。重ね照射により処理時間が長くなるため、スループットを向上させるために長尺ビームとする必要がある。そのため、同一条件のもとで基板を全面照射することになる。

エキシマレーザー光を用いた結晶化で得られるｐ−Ｓｉ膜には多数の結晶粒が含まれている。結晶粒が大きくチャンネル内に存在する粒界が少ない場合には移動度は大きく、結晶粒が小さくチャンネル内に存在する粒界が多い場合には移動度は小さくなり、作成されたＴＦＴのトランジスタ特性のばらつきは粒径に依存する。

一方、時間に対して連続的にエネルギーを出力する連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を用いてレーザーアニール結晶化では、エネルギー密度を確保するためにビーム照射面積を小さく絞る必要があるが、照射面積を絞ることによって、結晶化領域の品質を選択的に制御することができる。これによって、ＴＦＴ特性の品質を保持したまま、省エネルギーの結晶化を実現することができる。

また、エキシマパルスレーザー光による結晶化では、移動度が例えば１５０〜３００（cm²／Vs）程度であるのに対して、連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を用いてレーザーアニール結晶化は、移動度が４００〜６００（cm²／Vs）程度を実現でき、高性能のポリシリコンの形成に有利であるとされている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献２には基板の大部分を占める表示部（画素部）には、高速スキャン照射（例えば、２０００mm/sec）による結晶化を行い、ＴＦＴを形成する周辺部には低速スキャン照射（例えば、２００mm/sec）による結晶化を行うことが示されている。

また、位相変調を行うことなく均一な強度分布のレーザー光を非晶質シリコンに照射するＥＬＡ技術では、結晶化用エネルギーとして紫外線領域の光を照射し、観察用の照明用光として可視光領域の光を照射することによって結晶化を光学的に観察する技術が提案されている。

結晶化プロセスの被処理領域を観察する観察系の構成において、観察用照明光源，ビームエキスパンダ，ハーフミラー，環状鏡面系を含む観察用照明光学系と、顕微光学結像系、光検出器および撮像装置を含む顕微観察光学系とを備える構成が知られている（特許文献３参照）。

特開２００５−１６７０８４号公報 特開２００３−１６８６９１号公報 特開２００５−２９４８０１号公報

レーザー光照射によって基板を結晶化させる際、レーザー光を基板上に集光させると共に、基板を搭載したステージを連続的なスキャン送りで駆動する。このスキャン送りの際、基板のうねりやステージが駆動する際の上下方向のピッチング動作等により、レーザー光の基板に対するビーム集光位置が変動し、レーザー光のビーム集光位置が基板表面からずれる場合がある。

このように、ビーム集光位置が基板表面からずれると、結晶化領域の品質の劣化の要因となる。

図７は、ビーム集光位置の基板表面からのずれを説明するための図である。図７では、被処理基板２０の内の一部を示している。

図７（ａ）において、レーザー光は被処理基板２０の基板表面において照射領域２２に照射される。このレーザー光照射において、ビーム集光位置が基板表面上に一致している場合には、照射領域２２のビーム幅が絞られ、良好な結晶化が行われる。

一方、被処理基板２０にうねりがある場合や、被処理基板２０のスキャン送りにおいてピッチング動作がある場合には、図７（ｂ）に示すように、ビーム集光位置が基板表面上からずれ、被処理基板２０の照射領域２２のビーム幅が拡がってビーム集光密度が低下し、良好な結晶化が望めなくなる。

また、レーザー光の発振から放出されるレーザー光の発振エネルギーが変動した場合においても、被処理基板２０の照射領域２２のビーム集光密度が変動し、良好な結晶化が望めなくなる。

被処理基板２０の高さ方向の変動によってビーム集光位置が基板表面からずれるという問題に対しては、例えば、被処理基板２０を載置するＺステージをＺ軸方向に移動させることで対応が可能となる。しかしながら、被処理基板２０を保持する基板サセプタを含むＺステージは例えば２００kg以上の重量を有するため、ＸＹステージを駆動中にＺステージのＺ軸方向の高さ調整を高速で行うことは困難である。

一方、レーザー光発振源から被処理基板に向けてレーザー光を送光する光学系を調整することによってビーム集光位置の位置ずれに対応することが可能となる。しかしながら、単に、ビーム集光位置が被処理基板上となるように高さ調整するのみでは、レーザー光の発振エネルギーが変動に対応することができないため、被処理基板の照射領域におけるビーム集光密度の変動を抑制することは困難である。

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、連続発振レーザー光を用いた結晶化において、集光ビーム位置の高さ変動およびレーザー発振エネルギーの変動を含むビーム集光密度のばらつきを抑制することを目的とする。

本発明は、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）とａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）との可視光に対する反射率が相違することを利用し、連続発振レーザー光の照射領域におけるビーム集光密度の変動を求め、このビーム集光密度が一定となるように基板上のビーム集光位置を一定に維持し、これによって、集光ビーム位置の高さ変動やレーザー発振エネルギーの変動した場合であってもビーム集光密度のばらつきを抑制する。

集光ビーム位置の高さ変動して基板上のビーム径が変化したり、レーザー発振エネルギーの変動して結晶化に要するエネルギー閾値に対してエネルギーが不足すると、結晶化されないａ−Ｓｉの領域が増加し、その結果反射率が変動する。したがって、反射率の変動から照射領域におけるビーム集光密度の変動を求めることができる。

本発明は、照射領域におけるビーム集光密度の変動の測定を、基板上のレーザー光の照射領域あるいは結晶化済み領域に可視光を照射して反射光を検出し、反射光強度を測定する。反射光強度は反射率を測定面積で積算した値に相当するため、反射光強度を測定することによって反射率を測定する。

本発明は、反射光強度の変動に応じて、レーザー光発振源から被処理基板に向けてレーザー光を送光する光学系を調整することによってビーム集光位置の位置ずれを補償し、ビーム集光密度が一定となるように基板上のビーム集光位置を一定に維持する。

本発明の均一エネルギー照射装置は、連続発振レーザー光（ＣＷレーザー光）を出力する連続発振レーザー光発振源と、連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光を基板ステージ上に載置された被処理基板の基板表面に照射するレーザー照射光学系と、基板表面において連続発振レーザー光の照射によって結晶化された領域の一部を測定領域として可視光域の照明光を照射し、この測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定する反射光強度測定部と、連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上において、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部と、反射光強度測定部で測定した反射光強度を入力してビーム集光位置調整部の駆動制御を行う制御部とを備える。

制御部は、連続発振レーザー光の基板表面上のスキャンとビーム集光位置調整手段のビーム集光位置調整とを同期させ、測定手段で測定した反射光強度が一定となるようにビーム集光位置調整手段を制御してビーム集光位置を調整し、照射領域への連続発振レーザー光のエネルギー照射を均一化する。

反射光強度測定部は、複数の形態で構成することができる。第１の形態の反射光強度測定部は、結晶化処理後の測定領域に照明光を投光する投光器と、測定領域から反射された反射光を受光する受光器とを備える。受光器の受光出力から、結晶化処理後の測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定する。

この第１の形態の反射光強度測定部において、投光器と受光器のペアを２組設ける構成とし、連続発振レーザー光の基板表面上のスキャン方向に対して、レーザー照射光学系が被処理基板上に照射する照射領域を挟んだ両側に各組みの投光器と受光器のペアを配置する。この構成によって、基板のスキャン方向が変更した場合であっても、２組の投光器と受光器のペアのうちの何れかのペアは結晶化の処理が行われた領域に照明光を照射し、その照明光が照射された測定領域の反射光強度を測定することができる。

被処理基板の結晶化において、Ｘ方向（あるいはＹ方向）に位置をずらしながらＹ方向（あるいはＸ方向）に往復させてスキャン動作させることによって基板全面の結晶化を行う。このスキャン動作における往復動作では、移動方向を反転させるため、連続発振レーザー光の照射領域に対して一方の側のみに照明光を照射する構成では、往路あるいは復路のいずれか一方でしか反射光強度を測定することができない。これに対して、連続発振レーザー光の基板表面上のスキャン方向に対して、レーザー照射光学系が被処理基板上に照射する照射領域を挟んだ両側に投光器と受光器のペアを設ける構成とすることで、往路および復路の何れにおいても反射光強度を測定することができる。

本発明の第２の形態の反射光強度測定部は、レーザー照射光学系の光路の照射端から結晶化処理中の照射領域に照明光を投光する投光器と、照射領域を含む測定領域から反射された反射光を、レーザー照射光学系の照射端を通して受光する受光器とを備える。この構成によって、受光器の受光出力により、結晶化処理後の測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定することができる。

この第２の形態によれば、結晶化処理中の照射領域を含む測定領域に照明光を照射し、その測定領域の反射光強度を測定するため、スキャン動作の往復によって移動方向が変化した場合であっても、反射光強度を測定することができる。

本発明のビーム集光位置調整部は、連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上に配置するリレーレンズと、リレーレンズの光路上の位置を調整する駆動機構とを備える。駆動機構はリレーレンズの光路上の位置を調整する。この位置調整によって、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整し、ビーム集光位置を調整する。

本発明は、さらに、連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上に光路切替部を備える。この光路切替部は、連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光をレーザー照射光学系に対して切替自在とする。光路切替部は、光の進行方向を変更する光学偏向機構とレーザー光を吸収する吸収体とにより構成し、第１の切替モードではレーザー光をレーザー照射光学系に向けて切り替え、第２の切替モードではレーザー光を吸収体に向けて切り替える。

連続発振レーザー光による結晶化は、光路切替部を第１の切替モードとしてレーザー光をレーザー照射光学系に向けて切り替えることで行う。一方、スキャン動作等において結晶化を行わない基板領域については、光路切替部を第２の切替モードとしてレーザー光を吸収体に向けて切り替えることで行う。レーザー光を吸収体に吸収させることで、連続発振レーザー光の発振源を停止させることなく、連続運転させることができる。

レーザー光の向きを偏向させる光学偏向機構は、例えば、音響光学素子や、反射角度を変更自在とする鏡面を用いることができる。

本発明の結晶化装置は、本発明の均一エネルギー照射装置と、被処理基板を支持すると共に、均一エネルギー照射装置による連続発振レーザー光の照射位置に対して、ＸＹ方向にスキャン動作するＸＹステージとＺ方向に昇降動作するＺステージとを有する基板ステージとを備える構成とすることができる。

均一エネルギー照射装置は、基板ステージのＺステージ上に載置された被処理基板に対して連続発振レーザー光を照射して被処理基板を結晶化する。

本発明によれば、連続発振レーザー光を用いた結晶化において、集光ビーム位置の高さ変動およびレーザー発振エネルギーの変動を含むビーム集光密度のばらつきを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の結晶化装置が備える均一エネルギー照射装置の第１の形態の構成例を説明するための概略図である。

図１において、本発明の結晶化装置１は、被処理基板２０を支持する基板ステージと、基板ステージ上に載置した被処理基板に連続発振レーザー光を照射する均一エネルギー照射装置２を備える。

基板ステージは、被処理基板２０を載置すると共にＺ方向に昇降自在とするＺステージ１３と、このＺステージ１３をＸＹ方向に移動してスキャン動作を行うＸステージ１１およびＹステージ１２を備える。

均一エネルギー照射装置２は、連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源３と、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光をＺステージ１３上に載置された被処理基板２０上に導くレーザー照射光学系６と、レーザー照射光学系６の光路上においてレーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部５と、被処理基板２０上の結晶化した領域を測定領域とし、その測定領域の反射光強度を測定する反射光強度測定部７と、反射光強度測定部７で測定した反射光強度に基づいてビーム集光位置調整部５を制御する制御部８と、モニタ９と、連続発振レーザー光発振源３とビーム集光位置調整部５との間の光路上に設けた光路切替部４を備える。

レーザー照射光学系６は、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光をＺステージ１３上に載置された被処理基板２０上に導くための光学系であり、例えば、集光レンズ６ａ、反射ミラー６ｂ等によって構成することができる。なお、このレーザー照射光学系６の構成は、連続発振レーザー光発振源３と基板ステージとの位置関係に応じて任意に設計することができる。

光路切替部４は、連続発振レーザー光発振源３から出力された連続発振レーザー光を、レーザー照射光学系６に導くか否かを切り替える光偏向機構４ａと、連続発振レーザー光を吸収する吸収体４ｂとを備える。

光路切替部４は、光偏向機構４ａの切替動作によって、第１の切替モードでは連続発振レーザー光をレーザー照射光学系６に向けて切り替え、第２の切替モードでは連続発振レーザー光を吸収体４ｂに向けて切り替える。

光路切替部４は、第１の切替モードにおいて、連続発振レーザー光をレーザー照射光学系６に向けて切り替えることによって、連続発振レーザー光による結晶化を行う。一方、光路切替部４は、第２の切替モードにおいて、連続発振レーザー光を吸収体４ｂに向けて切り替えて吸収体４ｂに吸収させ、レーザー照射光学系６への連続発振レーザー光の導入を停止する。これによって、スキャン動作等において結晶化を行わない基板領域への連続発振レーザー光の照射を回避することができる。このとき、吸収体４ｂに向けられた連続発振レーザー光は吸収体４ｂされて熱等に変換される。光偏向機構４ａは、音響光学素子や反射角度を変更自在とする鏡面を用いることができる。光路切替部４の切替制御は、制御部８によって光偏向機構４ａの動作を制御することで行うことができる。

連続発振レーザー光の基板への照射停止動作を光路切替部４によらずに行うには、連続発振レーザー光発振源３の動作を停止させることで行うことができるが、このように連続発振レーザー光発振源３を駆動する電源をオンオフさせることで連続発振レーザー光の出力を制御すると、連続発振レーザー光の出力レベルが安定するまで時間がかかるため、高速で行うスキャン動作と同期させることが困難であり、また、処理時間も長時間化するという問題がある。

ビーム集光位置調整部５は、連続発振レーザー光発振源３とレーザー照射光学系６との間の光路上に配置するリレーレンズ５ａと、光路上においてリレーレンズ５ａの位置を調整する駆動機構５ｂとを備える。駆動機構５ｂはリレーレンズ５ａの光路上の位置を調整し、この位置調整によって、連続発振レーザー光の被処理基板２０に対するビーム集光位置を調整する。ビーム集光位置調整部５の調整制御は、制御部８によって駆動機構５ｂの動作を制御することで行うことができる。

反射光強度測定部７は、被処理基板２０上において結晶化した領域を測定領域とし、その測定領域の反射光強度を測定することによって結晶化の状態を求める。ｐ−Ｓｉの反射率はａ−Ｓｉの反射率よりも大きいという特性に基づいて、測定した反射光強度から結晶化の状態を求める。

反射光強度測定部７は投光器７ａと受光器７ｂのペアと投光器７ｃと受光器７ｄのペアの２組を備える。一方の投光器７ａと受光器７ｂのペアからなる組は、その測定領域が、連続発振レーザー光による基板面上の照射領域２２に対して、スキャン方向の一方の側の近傍となる位置に設け、他方の投光器７ｃと受光器７ｄのペアからなる組は、その測定領域が、連続発振レーザー光による基板面上の照射領域２２に対して、スキャン方向の他方の側の近傍となる位置に設ける。したがって、投光器と受光器のペアからなる２つの組の各測定領域は、連続発振レーザー光の照射領域２２を挟んで、スキャン方向に対して反対側に設けられる。

受光器が例えば、フォトダイオード等のように、測定領域からの光を一括して取り込む場合には、受光器が検出する検出出力は、測定領域の反射率を測定面積で積分した値となり、この検出出力は反射光強度を表すことになる。

測定領域の面積が一定とすると、受光器が検出する反射光強度は測定領域の反射率と一対一の関係にあるため、反射光強度から測定領域の反射率の変動を求めることができる。この反射率の変動は、結晶化の変動に対応しているため、受光器が検出する反射光強度から結晶化の変動状態を求めることができる。この反射光強度から求められる結晶化の変動状態は、集光ビームのビーム位置の高さ変化や連続発振レーザー光のエネルギー変動等によるビーム集光密度の変動に対応するものである。

したがって、本発明の反射光強度測定部７は、測定領域の反射光強度からビーム集光密度の変動を求めることができる。

反射光強度測定部７において、投光器７ａと受光器７ｂのペアと投光器７ｃと受光器７ｄのペアの何れの組を用いるかは、制御部８によってスキャン動作の往復動に応じて制御することができ、照射領域に対してスキャン方向の後方側の測定領域を測定する投光器と受光器のペアを動作させる。

制御部８は、反射光強度測定部７の受光器７ｂ，７ｄの検出出力を入力して反射光強度を測定し、測定した反射光強度をあらかじめ定めておいた基準値と比較して、その差分が零となるようにビーム集光位置調整部５の駆動機構５ｂの駆動量を制御する。この制御において、駆動機構５ｂの駆動を、Ｘステージ１１およびＹステージ１２によるスキャン動作と同期させる。この同期動作によって、連続発振レーザー光のビーム集光位置を被処理基板２０の基板面に対して一定に維持することができる。

基準値は、予め、ビーム集光位置調整部５の駆動機構５ｂを駆動量を調整して、連続発振レーザー光のビーム集光位置を被処理基板２０の基板面に合わせ、このときに反射光強度測定部７の受光器で得られる反射光強度を求め、この求めた反射光強度を基準値として、制御部８のメモリに格納しておくことができる。

モニタ９は、制御部８の動作を表示するほか、測定した反射光強度を表示することができる。

図２は、ビーム集光位置の基板表面への位置合わせを説明するための図である。図２では、被処理基板２０の内の一部を示している。

図２（ａ）において、連続発振レーザー光は被処理基板２０の基板表面において照射領域２２に照射される。このレーザー光照射において、ビーム集光位置は基板表面上に一致し、照射領域２２のビーム幅が絞られ、良好な結晶化が行われる。

ここで、連続発振レーザー光のＸＹ方向における照射位置は固定し、被処理基板２０が図中の右方向に移動することによってスキャン移動するものとして示している。被処理基板２０の基板表面において、照射領域２２の図中の右方は結晶化後領域２３を示し、照射領域２２の図中の左方は結晶化前領域２１を示している。

被処理基板２０の基板表面の結晶化後領域２３において、照射領域２２の近傍を測定領域３０として投光器（図示していない）から照明光を照射し、測定領域３０からの反射光を受光器（図示していない）で受光する。

図２（ｂ）は、被処理基板２０が図中の右方向に移動した状態を示している。被処理基板２０が移動した際、被処理基板２０にうねりがある場合には、前記図７（ｂ）で示したように、ビーム集光位置は被処理基板２０の基板表面からずれることになる。本発明は、測定領域３０で測定した反射光強度に基づいて、この反射光強度が基準値となるようにビーム集光位置を調整することによって、前記図２（ａ）で示したように、ビーム集光位置を被処理基板２０の基板表面に位置合わせすることができる。

図３は、スキャン動作によって移動方向が異なる場合の測定領域を説明するための図である。図３において、Ｙ方向（図中の上下方向）に被処理基板２０を移動させて行うスキャン動作によって結晶化を行う例を示している。図３中の薄い地模様は結晶化を施す前の結晶化前領域２１を示し、濃い地模様は結晶化を施した後の結晶化後領域２３を示し、斜線で示した部分は連続発振レーザー光を照射した照射領域２２を示し、破線で示した部分は照明光を照射する測定領域３０ａ，３０ｂを示している。また、図３において、Ｘ方向（図中の横方向）隣接する測定領域は互いに重なりあわせてオーバーラップ部２４を形成している。

図３（ａ）は、被処理基板２０を白抜きの矢印で示す方向（図中の上方向）に移動させることによって、照射領域２２を相対的に下方に移動させながら結晶化を行う状態を示している。このスキャン動作において、照射領域２２に対してスキャン方向の後方側の近傍位置の測定領域３０ａを用い、この測定領域３０ａの反射光強度を測定する。この測定領域３０ａの反射光強度を求めることによって、被処理基板２０の結晶化状態を求めることができる。

この測定領域３０ａは、例えば、図１中の投光器７ａからの照明光を照射することで形成され、受光器７ｂは、この測定領域からの反射光を受光して反射光強度を測定する。

一方、図３（ｂ）は、被処理基板２０を白抜きの矢印で示す方向（図中の下方向）に移動させることによって、照射領域２２を相対的に上方に移動させながら結晶化を行う状態を示している。このスキャン動作において、照射領域２２に対してスキャン方向の後方側の近傍位置の測定領域３０ｂを用い、この測定領域３０ｂの反射光強度を測定する。この測定領域３０ｂの反射光強度を求めることによって、被処理基板２０の結晶化状態を求めることができる。

この測定領域３０ｂは、例えば、図１中の投光器７ｃからの照明光を照射することで形成され、受光器７ｄは、この測定領域からの反射光を受光して反射光強度を測定する。

図４は本発明の結晶化装置が備える均一エネルギー照射装置の第２の形態の構成例を説明するための概略図である。

図４において、本発明の結晶化装置１は、図１で示した第１の形態の構成例と同様に、被処理基板２０を支持する基板ステージと、基板ステージ上に載置した被処理基板に連続発振レーザー光を照射する均一エネルギー照射装置２を備える。

均一エネルギー照射装置の第２の形態の構成例は、反射光強度測定部７の構成およびレーザー照射光学系６の一部が異なる他は、図１で示した第１の形態の構成例と同様の構成とすることができる。

以下では、第１の形態の構成例と相違する構成についてのみ説明し、第１の形態の構成例と共通する部分の構成の説明は省略する。

図４において、レーザー照射光学系６は、第１の形態の構成例と同様の集光レンズ６ａの他に、反射ミラー６ｂに代えてダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃを備える。

ダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃは、連続発振レーザー光発振源３からの連続発振レーザー光を基板側に反射すると共に、反射光強度測定部７側からの可視光域の照明光と、測定領域からの反射光を透過させる。

反射光強度測定部７は、ダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃを介して、連続発振レーザー光と共通の光路に導出入可能に設けられ、投光器からの照明光を連続発振レーザー光と共通の光路内に導入すると共に、連続発振レーザー光と同じ光路を反対方向に戻る測定領域からの反射光を受光器側に導く。

また、モニタ９は、制御部８の動作を表示するほか、測定した反射光強度やＣＣＤの撮像装置で撮像した基板の画像を表示することができる。

この構成によって、連続発振レーザー光の照射領域と、可視光域の照明光による測定領域とを基板上で同一位置とすることができる。

反射光強度測定部７は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７ｆを介して投光器７ｅと受光器７ｈと設け、ダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃと偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７ｆとの間に１／４波長板７ｇを設ける構成とすることができる。投光器７ｅは可視光域の光を発光する光源とし、受光器７ｈはＣＣＤ等の撮像装置とすることができる。

投光器７ｅからの光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７ｆで基板側に反射され、１／４波長板７ｇで位相が１／４偏光された後、ダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃを通過して基板上に照射される。

基板上において、照明光が照射した測定領域からの反射光は、同じ光路を通ってダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃを通過する。ダイロックミラー（波長分離反射鏡）６ｃを通過した反射光は、１／４波長板７ｇで位相がさらに１／４偏光された後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７ｆに入射する。１／４波長板７ｇを通過した反射光は投光器７ｅからの光に対して位相が１／２ずれているため、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７ｆで反射されることなく透過して受光部７ｈで受光される。その他の構成は第１の形態の構成例と同様とすることができる。

図５は、第２の形態の構成例において、ビーム集光位置の基板表面への位置合わせを説明するための図である。図５では、被処理基板２０の内の一部を示している。

図５（ａ）において、連続発振レーザー光は被処理基板２０の基板表面において照射領域２２に照射される。このレーザー光照射において、ビーム集光位置は基板表面上に一致し、照射領域２２のビーム幅が絞られ、良好な結晶化が行われる。

ここで、連続発振レーザー光のＸＹ方向における照射位置は固定し、被処理基板２０が図中の右方向に移動することによってスキャン移動するものとして示している。被処理基板２０の基板表面において、照射領域２２の図中の右方は結晶化後領域２３を示し、照射領域２２の図中の左方は結晶化前領域２１を示している。

被処理基板２０の基板表面の結晶化後領域２３において、照射領域２２と同一位置を測定領域３０として投光器（図示していない）から照明光を照射し、測定領域３０からの反射光を受光器（図示していない）で受光する。

図５（ｂ）は、被処理基板２０が図中の右方向に移動した状態を示している。被処理基板２０が移動した際、被処理基板２０にうねりがある場合には、前記図７（ｂ）で示したように、ビーム集光位置は被処理基板２０の基板表面からずれることになる。本発明は、測定領域３０で測定した反射光強度に基づいて、この反射光強度が基準値となるようにビーム集光位置を調整することによって、前記図５（ａ）で示したように、ビーム集光位置を被処理基板２０の基板表面に位置合わせすることができる。

図６は、第２の形態の構成例においてスキャン動作における測定領域を説明するための図である。図６において、Ｙ方向（図中の上下方向）に被処理基板２０を移動させて行うスキャン動作によって結晶化を行う例を示している。図６中の薄い地模様は結晶化を施す前の結晶化前領域２１を示し、濃い地模様は結晶化を施した後の結晶化後領域２３を示し、斜線で示した部分は連続発振レーザー光を照射した照射領域２２を示し、破線で示した部分は照明光を照射する測定領域３０を示している。また、図６において、Ｘ方向（図中の横方向）隣接する測定領域は互いに重なりあわせてオーバーラップ部２４を形成している。

図６は、被処理基板２０を白抜きの矢印で示す方向（図中の上方向）に移動させることによって、照射領域２２を相対的に下方に移動させながら結晶化を行う状態を示している。このスキャン動作において、照射領域２２と同位置であって照射領域２２を含む測定領域３０を用い、この測定領域３０の反射光強度を測定する。この測定領域３０の反射光強度を求めることによって、被処理基板２０の結晶化状態を求めることができる。

この測定領域３０は、図４中の投光器７ｅからの照明光を照射することで形成され、受光器７ｈは、この測定領域からの反射光を受光して反射光強度を測定する。

この測定領域の反射光の測定は、スキャン方向を反転させて、照射領域２２を相対的に上方に移動させながら結晶化を行う場合についても同様とすることができる。このスキャン動作においても、照射領域２２と同位置であって照射領域２２を含む測定領域３０の反射光強度を測定することによって、被処理基板２０の結晶化状態を求めることができる。

本発明の結晶化装置が備える均一エネルギー照射装置の第１の形態の構成例を説明するための概略図である。 本発明の第１の形態の構成例において、ビーム集光位置の基板表面への位置合わせを説明するための図である。 本発明の第１の形態の構成例において、スキャン動作における測定領域を説明するための図である。 本発明の結晶化装置が備える均一エネルギー照射装置の第２の形態の構成例を説明するための概略図である。 本発明の第２の形態の構成例において、ビーム集光位置の基板表面への位置合わせを説明するための図である。 本発明の第２の形態の構成例において、スキャン動作における測定領域を説明するための図である。 ビーム集光位置の基板表面からのずれを説明するための図である。

符号の説明

１…結晶化装置、２…均一エネルギー照射装置、３…連続発振レーザー光発振源、４…光路切替部、４ａ…光偏向機構、４ｂ…吸収体、５…ビーム集光位置調整部、５ａ…リレーレンズ、５ｂ…駆動機構、６…レーザー照射光学系、６ａ…集光レンズ、６ｂ…反射ミラー、７…反射光強度測定部、７ａ，７ｃ…投光器、７ｂ，７ｄ…受光器、７ｅ…投光器、７ｆ…ＰＢＳ、７ｇ…１／４波長板、７ｈ…受光器、８…制御部、９ …モニタ、１１…Ｘステージ、１２…Ｙステージ、１３…Ｚステージ、２０…被処理基板、２１…結晶化前領域、２２… 照射領域、２３…結晶化後領域、２４…オーバーラップ部、３０，３０ａ，３０ｂ…測定領域。

Claims (7)

1. 連続発振レーザー光を出力する連続発振レーザー光発振源と、
   前記連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光を基板ステージ上に載置された被処理基板の基板表面に照射するレーザー照射光学系と、
   前記基板表面において連続発振レーザー光の照射によって結晶化された領域の一部を測定領域として可視光域の照明光を照射し、前記測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定する反射光強度測定部と、
   連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上において、連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整するビーム集光位置調整部と、
   反射光強度測定部で測定した反射光強度を入力してビーム集光位置調整部の駆動制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記連続発振レーザー光の基板表面上のスキャンとビーム集光位置調整手段のビーム集光位置調整とを同期させ、前記測定手段で測定した反射光強度が一定となるようにビーム集光位置調整手段を制御してビーム集光位置を調整し、照射領域への連続発振レーザー光のエネルギー照射を均一化することを特徴とする、均一エネルギー照射装置。
2. 反射光強度測定部は、結晶化処理後の測定領域に照明光を投光する投光器と、前記測定領域から反射された反射光を受光する受光器とを備え、
   前記受光器の受光出力により、結晶化処理後の測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定することを特徴とする、請求項１に記載の均一エネルギー照射装置。
3. 前記反射光強度測定部は、投光器と受光器のペアを２組有し、
   前記連続発振レーザー光の基板表面上のスキャン方向に対して、前記レーザー照射光学系が被処理基板上に照射する照射領域を挟んだ両側に各組みの投光器と受光器のペアを配置することを特徴とする請求項２に記載の均一エネルギー照射装置。
4. 反射光強度測定部は、前記レーザー照射光学系の光路の照射端から結晶化処理中の照射領域に照明光を投光する投光器と、
   当該照射領域を含む測定領域から反射された反射光を、レーザー照射光学系の照射端を通して受光する受光器とを備え、
   前記受光器の受光出力により、結晶化処理後の測定領域で反射される反射光の反射光強度を測定することを特徴とする、請求項１に記載の均一エネルギー照射装置。
5. ビーム集光位置調整部は
   連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上に配置するリレーレンズと、前記リレーレンズの光路上の位置を調整する駆動機構とを備え、
   前記駆動機構によって前記リレーレンズの光路上の位置を調整することにより連続発振レーザー光のビーム集光位置を調整することを特徴とする、請求項１に記載の均一エネルギー照射装置。
6. 連続発振レーザー光発振源とレーザー照射光学系との間の光路上に光路切替部を備え、当該光路切替部は、前記連続発振レーザー光発振源で出力された連続発振レーザー光をレーザー照射光学系に対して切替自在とすることを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の均一エネルギー照射装置。
7. 請求項１から６の何れか一つに記載の均一エネルギー照射装置と、
   被処理基板を支持すると共に、前記均一エネルギー照射装置による連続発振レーザー光の照射位置に対して、ＸＹ方向にスキャン動作するＸＹステージとＺ方向に昇降動作するＺステージとを有する基板ステージとを備え、
   前記基板ステージのＺステージ上に載置された被処理基板に対して、前記均一エネルギー照射装置によって連続発振レーザー光を照射し、被処理基板を結晶化することを特徴とする、連続発振レーザー光による結晶化装置。