JP2011238804A - レーザアニール処理装置、レーザアニール処理体の製造方法およびレーザアニール処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザアニール処理に用いるパルスレーザ光のパルス波形を安定させて均一なアニール処理を可能にする。
【解決手段】ガス励起パルスレーザ発振器と、ガス励起パルスレーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を所定の減衰率で透過させる可変アッテネータと、可変アッテネータを透過したパルスレーザ光を被処理体に導く光学系と、前記ガス励起パルスレーザ発振器における前記パルスレーザ光の出力値を調整する第１の制御を行う制御部とを備え、制御部は、ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化に応じて、第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行って、パルス波形の変化を抑制してパルス毎のムラをなくす。
【選択図】図３

Description

この発明は、被処理体にパルスレーザ光を照射してレーザアニールを行うレーザアニール処理装置、レーザアニール処理体の製造方法およびレーザアニール処理プログラムに関するものである。

液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイの画素スイッチや駆動回路に用いられる薄膜トランジスタでは、低温プロセスの製造方法の一環として、レーザ光を用いたレーザアニールが行われている。この方法は、基板上に成膜された非単結晶半導体膜にレーザ光を照射して局部的に加熱溶融した後、その冷却過程で半導体薄膜を多結晶あるいは単結晶に結晶化するものである。結晶化した半導体薄膜はキャリアの移動度が高くなるため薄膜トランジスタを高性能化できる。
上記レーザ光の照射においては、半導体薄膜で均質な処理が行われる必要があり、照射されるレーザ光が安定した照射エネルギーを有するように、一般にレーザ出力を一定にする制御がなされており、パルスレーザ光では、パルスエネルギーを一定にする制御がなされている。

ところで、上記方法に多く利用されているエキシマガスレーザは放電方式によってガスを励起させてレーザ光を発振させるものである。高出力のエキシマガスレーザでは１回目の高電圧による放電後、残留電圧により複数の放電が発生し、その結果により複数のピークを持つレーザ光が発生する。その際に、２番目以後のピークは１番目のピークとその特性が異なることがある。このため、パルスレーザ光のパルス波形における複数の極大値同士の比を求め、この比が所定範囲にあるレーザ光を用いて結晶化シリコンの特性を一定に保つパルスレーザ発振装置が提案されている（特許文献１参照）。
このパルスレーザ発振装置では、前記パルスレーザ光の時間変化波形が２以上のピーク群を含み、そのうちの２番目のピーク群のパルスレーザビームのピーク値が最初のピーク群のパルスレーザビームのピーク値に対して、０．３７から０．４７の範囲内となるように設定している。該装置では、パルスレーザ装置の近傍に配置された共振器のミラーの角度を変更して、各ピーク群の波形比を調整可能にしている。

特開２００１−３３８８９２公報

ところで、パルスレーザ発振器では、該発振器に印加する放電電圧によって出力が変わり、放電電圧が大きくなると出力が大きくなる傾向を有している。このため、一般には、ガス励起パルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の出力をフォトダイオードなどの適宜の測定部で測定し、該測定結果に基づいて前記パルスレーザ光の出力が目標値になるように前記放電電圧を調整するフィードバック制御を行っている。

また、ガス励起によってパルスレーザ光を出力するガス励起パルスレーザ発振器では、稼働によって経時的にガスが他の物質と化合しやすくなり、ガス濃度の減少や純度の低下によってガスが劣化する。ガスが劣化すると出力エネルギーが低下してしまうため、レーザ装置にはガスインジェクションという機能があり、ＨＣｌガスなどの励起用のガスを一定の周期で発振器内に注入している。しかし、このガスが一定の周期で注入されなかったり、ガスの注入ではガスの劣化を十分に抑えられなかったりすると、出力エネルギーを目標値に保つために、上記フィードバック制御によって放電電圧が次第に上昇する。
放電電圧の上昇によって出力エネルギーを維持することはできるが、出力されるパルスレーザ光の波形が変化し、２ｎｄピーク値が相対的に上昇する。２ｎｄピーク値が大きくなれば、１ｓｔピーク値と２ｎｄピーク値の割合も大きくなる。
しかし、本発明者らは、２ｎｄピーク値／１ｓｔピーク値が大きくなると、レーザパルス毎のショットムラが生じやすくなり、レーザアニール処理において面方向でバラツキが生じてしまい、例えば半導体薄膜の結晶化に影響を及ぼす要因になることを解明している。

この発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、経時的なガスの劣化に拘わらず、安定したパルス波形のパルスレーザ光を被処理体に照射して良好なレーザアニールを行うことができるレーザアニール装置、レーザアニール処理プログラムおよび特性に優れたレーザアニール処理体を得ることができるレーザアニール処理体の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明のレーザアニール処理装置は、ガス励起パルスレーザ発振器と、該ガス励起パルスレーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を所定の減衰率で透過させる可変アッテネータと、該可変アッテネータを透過したパルスレーザ光を被処理体に導く光学系と、前記ガス励起パルスレーザ発振器における前記パルスレーザ光の出力値を調整する第１の制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化に応じて、前記第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行うことを特徴とする。

本発明のレーザアニール処理体の製造方法は、ガス励起パルスレーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を所定の減衰率で可変アッテネータに透過させて被処理体に照射するレーザアニール処理体の製造方法であって、
前記ガス励起パルスレーザ発振器から出力される前記パルスレーザ光の出力値を所定値に調整する第１の制御を行い、該ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化状態を判定し、該判定結果に応じて前記第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行うことを特徴とする。

本発明のレーザアニール処理プログラムは、ガス励起パルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の出力値を所定値に調整するとともに、前記ガス励起パルスレーザ発振器から出力されて被処理体に照射されるパルスレーザ光を所定の透過率で透過させる可変アッテネータの透過率を調整する制御部で動作するプログラムであって、
前記ガス励起パルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の出力値を所定値に調整する第１のステップと、該ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化状態を判定する第２のステップと、該第２のステップにおける判定結果に応じて前記第１のステップで調整される前記出力の所定値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第３のステップと、を有することを特徴とする。

本発明では、ガスが劣化していない初期の状態などから、ガス励起パルスレーザ発振器におけるパルスレーザ光の出力値を調整する第１の制御が実行される。該制御では、通常は、目標とする所定の出力値を設定しておき、出力が該所定出力値となるようにガス励起パルスレーザ発振器の出力調整がなされる。該調整は、通常は前記ガス励起パルスレーザ発振器に印加する放電電圧の調整によって行う。例えば、ガス励起パルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の出力をフォトダイオードなどの適宜の出力値測定部で測定し、該測定結果に基づいて前記パルスレーザ光の出力が目標の所定出力値になるように前記放電電圧を調整するフィードバック制御を行う。なお、本発明としては出力値測定部の構成が特に限定されるものではなく、パルスレーザ光の出力の大きさを測定できるものであればよい。
また、この際には、ガス励起パルスレーザ発振器の出力に対応して可変アッテネータの減衰率が設定される。減衰率は被処理体に照射されるパルスエネルギー積分値が所定値になるように減衰率が決定されるものとすることができる。但し、本発明としてはこれに限定されるものではなく、例えばパルスレーザ光の１つのパルスの極大値を一定に保つように減衰率を決定するなどしてもよい。

本発明では、ガスが劣化する状態に応じて、前記第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行う。
第２の制御は、ガスの劣化に応じてなされるものであり、ガスの劣化が所定の状態に達した際に実行されるようにすることができる。この際の所定の状態としては１つの条件の他、２以上の条件を設定して、段階的に第２の制御を行うようにしてもよい。また、ガスの劣化が上記所定の条件に達した後は、ガスの劣化の進行に伴って、第２の制御によって、連続的または段階的に、第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくするようにしてもよい。
上記第２の制御によって、パルス波形が大きく変化してレーザアニール処理が不均一になるのを防止して、半導体薄膜の結晶化などを良好に行うことが可能になる。
なお、第２の制御によって、第１の制御で調整される前記出力値が所定の下限値まで低下した場合や前記可変アッテネータの減衰率が所定の下限値まで小さくなると、ガスの交換時期であると判定するようにしてもよい。

ガスの劣化は、種々の情報によって判定することができる。例えば、予めガス励起パルスレーザ発振器の稼働時間とガスの劣化との相関関係を得ておき、実際の稼働時間に基づいて前記相関関係によってガスの劣化を判定することができる。この場合、稼働時間に１または２以上の時間閾値を設けておき、実際の稼働時間が該時間閾値を越えることで上記第２の制御を行うことができる。稼働時間は、ガス励起パルスレーザ発振器を制御する制御部によって管理することができる。

また、ガスの劣化は、ガス励起パルスレーザ発振器の放電電圧の変化によって判定することができる。前記フィードバック制御を実行することによってガスの劣化に伴って該放電電圧は高くなる。この場合、放電電圧に対し、１または２以上の電圧閾値を設けておき、実際の放電電圧が該電圧閾値を越えることで上記第２の制御を行うことができる。放電電圧は、ガス励起パルスレーザ発振器を制御する制御部で決定されており、把握は容易である。

また、ガスの劣化は、被処理体に照射されるパルス波形における第１ピーク値Ｐ１および第２ピーク値Ｐ２とから求められるピーク比Ｐ２／Ｐ１で判定することができる。なお、第１のピーク値は、最初に現れる第１のピーク群における最大高さで表すことができ、第２のピーク値は、第１のピーク群以降に現れる第２のピーク群における最大高さで表すことができる。通常のガス励起レーザでは、最初に相対的に高さの大きな第１のピーク群が現れ、その後に、強度が大きく低下する極小値（最大高さの数分の１程度）を経た後、相対的に高さの小さい第２のピーク群が現れ、大きくは２つのピーク群を有している。なお、本発明としては、１パルスにピーク群が３以上現れるものであってもよい。

前記したようにガスの劣化に伴ってガス励起パルスレーザ発振器の放電電圧が上昇して、パルス波形が変化すると、前記ピーク比Ｐ２／Ｐ１が大きくなる。この場合、ピーク比に対し１または２以上のピーク比閾値を設けておき、実際のピーク比が該ピーク比閾値を越えることで上記第２の制御を行うことができる。なお、該ピーク比は、被処理体に照射されるパルスレーザ光のパルス波形を適宜のパルス波形測定部で測定し、第１ピークと第２ピークとを画像分析などによって抽出し、それぞれのピークの大きさから上記ピーク比を算出することができる。該ピーク比の算出は、制御部によって行うことができる。
特にピーク比を考慮した制御では、ピーク比を所定値以下に抑えたパルスレーザ光を被処理体に照射でき、レーザパルス毎のショットムラを低減できる。

発明では、被処理体の種別は特に限定されるものではないが、アモルファスシリコン薄膜を対象にして、結晶化させるレーザアニールに好適に用いることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ガス励起パルスレーザ発振器から出力される前記パルスレーザ光の出力値を所定値に調整する第１の制御を行い、該ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化状態を判定し、該判定結果に応じて前記第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行うので、ガスの劣化に伴うパルス波形の変化を小さくして、パルスレーザ光毎のショットムラを低減し、均一なレーザアニール処理を可能にする。

この発明のレーザアニール処理装置の一実施形態を示す概略図である。 同じく、制御ブロック図である。 同じく、レーザアニール処理装置で出力されるパルスレーザ光のピーク群を説明するグラフである。 同じく、本発明のアニール処理の制御手順を示すフローチャートである。 同じく、ガス励起レーザ発振器の出力を調整するフィードバック制御の手順を示すフローチャートである。

以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明のレーザアニール処理装置に相当するエキシマレーザアニール装置１を説明する概略図である。
この実施形態では、フラットパネルディスプレイＴＦＴデバイスに用いられる基板１４を対象にし、該基板１４には被処理体としてアモルファスシリコン薄膜１４ａが形成されているものとする。アモルファスシリコン薄膜１４ａは、常法により基板１４の上層に形成されている。本発明としては、アモルファスシリコン薄膜１４ａの形成方法は特に限定されるものではない。

本エキシマレーザアニール装置１では、発光波長が３０８ｎｍで、パルスレーザの周期が３００Ｈｚであるパルスレーザ光を出力するガス励起パルスレーザ発振器１１が備えられており、該ガス励起パルスレーザ発振器１１を駆動するパルス信号を生成する出力制御部１１ａが備えられている。なお、本発明としては、ガス励起レーザ発振器１１から出力されるパルスレーザ光の波長や周期が上記に限定されるものではない。発光波長としては、例えば、２４０〜３５８ｎｍの波長を示すことができる。出力制御部１１ａは、ＣＰＵとこれを動作させるプログラム、該プログラムなどを格納するＲＯＭ、作業領域となるＲＡＭ、データを不揮発に保持するフラッシュメモリなどを備えている。不揮発のメモリには、上記ガス励起エキシマレーザ発振器１１で所定の出力を行うパルス信号を生成するための動作パラメータなどが格納されている。
該ガス励起エキシマレーザ発振器１１では、初期設定として所定の出力パルスエネルギーでパルスレーザ光が出力されるように設定されている。本発明としては出力パルスエネルギーの値が特定のものに限定されるものではないが、例えば８５０〜１０５０ｍＪ／パルスを示すことができる。
前記出力制御部１１ａには、レーザアニール装置１全体を制御する装置制御部１７が制御可能に接続されており、装置制御部１７の指令に基づいて出力制御部１１ａでは、ガス励起パルスレーザ発振器１１を動作させるパルス信号を生成し、この際にガス励起パルスレーザ発振器１１における放電電圧が決定する。

装置制御部１７は、ＣＰＵとこれを動作させるプログラム、該プログラムなどを格納するＲＯＭ、作業領域となるＲＡＭ、データを不揮発に保持するフラッシュメモリなどを備えており、前記ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどは、記憶部１７ａとして装置制御部１７に含まれている。該装置制御部１７と前記出力制御部１１ａとは、共同して本発明としての制御部２として機能する。そして、出力制御部１１ａおよび装置制御部１７に含まれる上記プログラムには、本発明のレーザアニール処理プログラムが含まれている。
この実施形態では、本発明の制御部２として、二つの装置制御部１７と前記出力制御部１１ａ制御部とが役割分担をして機能しているが、本発明としてはその数は特に限定されるものではなく、また、一つの制御部で本発明としての制御部の機能を果たすものであってもよい。

上記記憶部１７ａには、初期設定において、上記ガス励起エキシマレーザ発振器１１で所定の出力を得るための動作パラメータ、後述する可変アッテネータ１２で所定の減衰率に設定するための動作パラメータ、被処理体に照射されるパルスレーザ光における、目標となるパルスエネルギー密度などが格納されており、装置の稼働に伴って格納されているデータを参照して装置を制御する。
また、記憶部１７ａには、後述するピーク比のピーク比閾値が格納されており、該ピーク比閾値を越えた際に、調整するガス励起パルスレーザ発振器１１に対する放電電圧の低下量、可変アッテネータの減衰率の低下量などが制御量データとして格納されている。
なお、この実施形態では、１つのピーク比閾値が設定されているものとして説明するが、２つ以上のピーク比閾値を設定し、各閾値に応じて上記制御量をそれぞれ定めるようにしてもよい。

また、上記ガス励起パルスレーザ発振器１１内にハロゲンガスを補給するガス供給部２１を備えており、該ガス供給部２１は、上記装置制御部１７に制御可能に接続されている。装置制御部１７では、ガス励起パルスレーザ発振器１１の稼働時間を管理しており、稼働時間が所定時間経過する毎にガス供給部２１を動作させて所定量のガスを上記ガス励起パルスレーザ発振器１１内に補給するように設定することができる。また、装置制御部１７を介して作業者の操作によってガスの補給を行うようにしてもよく、また、ガスの劣化に応じてガスを補給するようにしてもよい。

また、ガス励起パルスレーザ発振器１１から出力されるパルスレーザ光１００は、図３に示すように１パルスに、時間的変化において２つのピーク群（第１ピーク、第２ピーク）を有しており、最大高さを有する第１のピークのピーク強度Ｐ１に対し、第２のピークはピーク強度Ｐ２となっている。初期状態では、ピーク比Ｐ２／Ｐ１は、本発明としては特に限定されるものではないが、例えば０．３５以下を例示する。

ガス励起パルスレーザ発振器１１内には、フォトダイオードなどによって構成される出力値測定部２０が配置されており、パルスレーザ光１００の一部を入力して出力値を測定する。なお、出力値測定部２０としては特に構成が特定されるものではなく、フォトダイオードなどを用いることができる。出力値測定部２０の測定結果は、前記出力制御部１１ａに送信される。

ガス励起パルスレーザ発振器１１の出射側には、可変アッテネータ１２が配置されており、可変アッテネータ１２の出力側には、ホモジナイザ１３ａ、ミラー１３ｂ、レンズ１３ｃなどで構成される光学系１３が配置されている。なお、この形態では、光学系１３に可変アッテネータ１２が位置しているものとして図示されているが、本発明としては、光学系１３外に可変アッテネータ１２が位置するものであってもよい。可変アッテネータ１２は、パルスレーザ光を所定の減衰率で減衰させて透過させるものであり、減衰率が可変になっている。可変アッテネータ１２は、前記装置制御部１７に制御可能に接続されており、装置制御部１７に指令によって所定の減衰率に設定される。初期設定では、所定の減衰率に設定されている。なお、可変アッテネータの構成は本発明としては特定のものに限定されるものではなく、減衰率を変えてパルスレーザ光を透過できるものであればよい。減衰率の調整は、例えば、誘電体の角度調整などによって行うことができる。

光学系１３は、水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可能なステージ１５上に載置される被処理体に対し、パルスレーザ光１００が照射されるようにパルスレーザ光を導く。また。光学系１３では、パルスレーザ光１００を整形して、所定のビーム形状（例えばラインビーム形状）にする。該ビーム形状は、基板１４の大きさを考慮した形状に整形される。
ステージ１５は、移動装置１８（図２示）で水平方向に移動することができ、ステージ１５をパルスレーザ光１００に対し相対的に移動させることで、アモルファスシリコン薄膜１４ａに対しパルスレーザ光１００を照射しつつ走査することを可能にする。この際の走査速度は本発明としては特に限定されるものではないが、例えば１〜３０ｍｍ／秒を例示することができる。上記移動装置１８は前記装置制御部１７に制御可能に接続され、該装置制御部１７によって移動が制御される。

また、エキシマレーザアニール装置１には、光学系１３からパルスレーザ光１００の一部を取り出してパルス波形を測定するパルス波形測定部１６を備えている。この際の取り出し位置は、レーザ光のビーム形成がなされた後で、前記ホモジナイザ１３ａのパルスレーザ光出射方向の後方側である。
なお、パルス波形測定部１６としては特に構成が特定されるものではなく、高速フォトダイオード、バイプラナー放電管、オシロスコープなどを用いることができる。該パルス波形測定部１６の測定結果は、前記装置制御部１７に送信されている。装置制御部１７では、測定結果を受けて画像分析などによってパルス波形を解析し、図３に示すような第１ピークのピーク値Ｐ１と第２ピークのピーク値Ｐ２とを抽出し、Ｐ２／Ｐ１をピーク比として算出する。また、装置制御部１７は、パルス波形からパルスエネルギーを算出することができる。

次に、上記エキシマレーザアニール装置１におけるアニール処理方法について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の制御手順は、出力制御部１１ａ、装置制御部１７に含まれるプログラムによって実行される。
先ず、処理の開始に伴って、アモルファスシリコン薄膜１４ａが形成された基板１４が搬入され、ステージ１５上に載置される（ステップｓ１）。通常は、エキシマレーザアニール装置１は雰囲気調整（真空雰囲気など）がなされる処理室（図示しない）を備えており、該処理室内に基板１４を搬入して処理を行う。

装置制御部１７では、記憶部１７ａから初期設定用の動作パラメータを読み出しパルスレーザ光の照射を開始する（ステップｓ２）。すなわち、ガス励起パルスレーザ発振器１１から出力制御部１１ａに制御指令を送り、所定の放電電圧でガス励起パルスレーザ発振器１１からパルスレーザ光を出力させる。また、この際に、可変アッテネータ１２を制御し、所定の減衰率に設定する。
上記出力調整と可変アッテネータの減衰率調整によって、アモルファスシリコン薄膜１４ａの加工面では、目標とするパルスエネルギーでパルスレーザ光が照射されることになる。

なお、図３は、ガス励起パルスレーザ発振器１１から出力されるパルスレーザ光のパルス波形を示すものである。図には、ガスの濃度、出力エネルギー、放電電圧が異なるパルスレーザ光の各波形が示されている。図に示されるように、放電電圧を大きくすると出力エネルギーが大きくなるとともに、第２ピークのピーク値Ｐ２が第１ピークのピーク値Ｐ１に対し相対的に大きくなる傾向を有している。一方、放電電圧を小さくすると出力エネルギーが小さくなるとともに、第２ピークのピーク値Ｐ２が第１ピークのピーク値Ｐ１に対し相対的に小さくなる傾向を有している。

ガス励起パルスレーザ発振器１１から出力されるパルスレーザ光１００は、出力値測定部２０で出力値が測定される。測定結果は、前記したように出力制御部１１ａに送られる。ガス励起パルスレーザ発振器１１から出力されたパルスレーザ光は、可変アッテネータ１２で所定の減衰率で減衰され、光学系１３で整形されつつ所定の光路に導かれてアモルファスシリコン薄膜１４ａに照射される。該整形やパルスレーザ光を所定の光路に導く作用は、光学系１３のホモジナイザ１３ａ、ミラー１３ｂ、レンズ１３ｃなどの適宜の光学部材によってなされる。
この際にステージ１５を移動させながらパルスレーザ光を照射することでパルスレーザ光の走査がなされる。また、パルスレーザ光１００の一部が取り出され、パルス波形測定部１６でパルス波形が測定され、測定結果が装置制御部１７に送られている。

上記パルスレーザ光の照射に際しては、ガス励起パルスレーザ発振器１１から出力されるパルスレーザ光の出力値が出力値測定部２０で測定され、出力制御部１１ａに送られており、出力制御部１１ａでは、測定値が設定された出力値であるか否かの判定を行う。出力制御部１１ａでは、設定値としては所定の範囲を設定しておき、この範囲を逸脱すると規格外であると判定し、出力値が規格内に維持されるようにフィードバック制御する（ステップｓ３）。このフィードバック制御の手順を図５に基づいて説明する。以下の制御は、出力制御部１１ａのプログラムによって実行される。

該制御手順では、上記したように、出力値測定部２０で出力が測定されて測定結果が出力制御部１１ａに送られる（ステップｓ３ａ）。次いで、測定値が設定された規格内であるか否かの判定が行われる（ステップｓ３ｂ）。測定値が規格内であれば（ステップｓ３ｂ、ＹＥＳ）、処理を終了する。測定値が規格外であると（ステップｓ３ｂ、ＮＯ）、規格を越えるものであるか否かの判定を行う（ステップｓ３ｃ）。規格を越えていれば（ステップｓ３ｃ、ＹＥＳ）、出力を規格内にまで低下させるようにガス励起パルスレーザ発振器１１に印加する放電電圧を小さくする（ステップｓ３ｄ）。一方、規格を越えていなければ（ステップｓ３ｃ、ＮＯ）、規格よりも出力が小さくなっており、出力を規格内にまで増加させるようにガス励起パルスレーザ発振器１１に印加する放電電圧を大きくする（ステップｓ３ｅ）。ステップｓ３ｄ、ｓ３ｅ後に、ステップｓ３ｂに戻り、出力値が規格内にあれば処理を終了し、規格外であれば放電電圧を調整する処理を繰り返す。なお、放電電圧を予め定めた上限値や下限値にまで増加または低下させても出力値が規格内に収まらない場合には、何らかのエラーが発生したもの、またはガスの交換時期に到達したものとして処理を中止するようにしてもよい。

上記フィードバック制御がなされ、さらに、図４に示す制御手順では、発振器出力目標値とアッテネータ減衰率が調整される（ステップｓ４）。初期設定では、前記した発振器出力目標値とアッテネータ減衰率目標値が設定されており、装置の稼働初期にはこれら調整は必要とされない。
さらに、基板１４に照射されるエネルギー密度が規定内であるか否かの判定がなされる（ステップｓ５）。具体的には、パルスレーザ光のパルス波形がパルス波形測定部１６で測定され、測定結果が装置制御部１７に送られてパルスレーザ光のパルスエネルギーが測定される。装置制御部１７では、光学系１３による整形によってレーザビームの断面積が把握されており、これによりパルスエネルギー密度が算出される。すなわち、この実施形態ではパルス波形測定部１６がパルスエネルギー測定部としての役割も有している。なお、本発明としては、パルス波形測定部とパルスエネルギー測定部とを別個に備えるものであってもよい。上記エネルギー密度が規定内になければ（ステップｓ５、ＮＯ）、ステップｓ４に戻って発振器出力目標値とアッテネータ減衰率が調整される。通常は、可変アッテネータの減衰率の調整によって、パルスエネルギー密度を調整することができる。パルスエネルギー密度が規定内にあれば（ステップｓ５、ＹＥＳ）、ステップｓ６へ移行する。ガス励起パルスレーザ発振器１１の出力調整範囲および可変アッテネータ１２の減衰率調整範囲内でパルスエネルギー密度が規定内に収まらなければ、エラーとして処理を終了したり、ガスの交換時期と判定したりすることができる。

ステップｓ６では、装置制御部１７でパルス波形測定部１６の測定結果に基づいてパルス波形を解析し、第１のピークにおけるピーク値Ｐ１と、第２のピークにおけるピーク値Ｐ２とを抽出する。次いで、比Ｐ２／Ｐ１を算出し、予め設定されているピーク比閾値を前記記憶部１７ａから読み出し、測定結果に基づくピーク比と比較する（ステップｓ７）。測定結果に基づくピーク比が設定されたピーク比閾値以下であれば（ステップｓ７、設定値以下）、ガスの劣化程度は受容可能な状態であるので、処理完了に至るまで（ステップｓ８）、そのまま前記ステップｓ３に戻って処理を継続する。

一方、上記測定結果に基づくピーク比がピーク比閾値を越える場合（ステップｓ７、設定値超）、ガスの劣化が相当進行しており、該ピーク比を閾値以下にするべくガス励起パルスレーザ発振器１１に印加する放電電圧を小さくするように前記出力制御部１１ａに指令を出力する。該出力制御部１１ａによる前記したフィードバック制御は、このステップで放電電圧が決定されると、当該放電電圧によって現に得られる出力値を目標値とする（ステップｓ３）。出力値は初期設定で定めた設定値よりは小さくなっており、これを補うために、装置制御部１７では可変アッテネータ１２の減衰率を小さくしてパルスレーザ光の透過の割合を大きくするように調整する（ステップｓ４）。上記した調整量は、予め制御量として設定されて記憶部１７ａに格納されている。装置制御部１７は記憶部１７ａに格納された設定データを参照して上記調整の制御を行う。上記制御では、基板１４に照射されるパルスレーザ光のエネルギー密度が設定値になるように主として可変アッテネータの減衰率を調整する。

なお、ステップｓ７で、ガスの劣化に基づいてガス励起パルスレーザ発振器の出力調整および可変アッテネータ１２の減衰率を設定する際に、ガス供給部２１を動作させてガス励起パルスレーザ発振器１１にガスを補給してガスの劣化を改善するようにしてもよい。すなわち、ガスの劣化に応じてガスの補給が行われることになる。また、上記制御手順に加えて、定期的にガスを補給することでガスの劣化を抑制することができ、レーザアニール処理をより均一に行うことを可能にする。

上記した制御手順によって、パルスレーザ光のピーク比を適切に維持して処理を行うことができ、パルス毎のショットムラを低減し、最適な状態でレーザアニールを行うことができ、この結果、均一な粒径の多結晶シリコンを得ることができる。
なお、この実施形態では、パルス波形のピーク比の変化によってガスの劣化の状態を判定したが、本発明としては他の方法によってガスの劣化を判定し第１、第２の制御を行うことも可能であり、例えば、ガス励起レーザ発振器１１に印加される放電電圧の変化に基づいてガスの劣化を判定するようにしてもよい。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。

１ エキシマレーザアニール装置
２ 制御部
１１ ガス励起パルスレーザ発振器
１１ａ 出力制御部
１２ 可変アッテネータ
１３ 光学系
１４ 基板
１４ａ アモルファスシリコン薄膜
１５ ステージ
１６ パルス波形測定部
１７ 装置制御部
１８ 移動装置
２０ 出力値測定部
２１ ガス供給部

Claims (14)

1. ガス励起パルスレーザ発振器と、該ガス励起パルスレーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を所定の減衰率で透過させる可変アッテネータと、該可変アッテネータを透過したパルスレーザ光を被処理体に導く光学系と、前記ガス励起パルスレーザ発振器における前記パルスレーザ光の出力値を調整する第１の制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化に応じて、前記第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行うことを特徴とするレーザアニール処理装置。
2. 前記被処理体に照射されるパルスレーザ光のパルス波形を測定するパルス波形測定部を備え、
   前記制御部は、前記パルス波形測定部の測定結果を受けて、測定されたパルス波形における第１ピーク値Ｐ１および第２ピーク値Ｐ２とからピーク比Ｐ２／Ｐ１を求め、該ピーク比が所定比を越える場合、前記ガスが劣化したものとして前記第２の制御を行うことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール処理装置。
3. 前記制御部は、前記第１の制御における前記出力値の調整を前記ガス励起パルスレーザ発振器に印加する放電電圧の調整によって行い、前記放電電圧が所定電圧を超えると前記ガスが劣化したものとして前記第２の制御を行うことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
4. 前記ガス励起パルスレーザ発振器におけるパルスレーザ光の出力値を測定する出力値測定部を備え、前記制御部は、該出力値測定部の測定結果を受けて前記ガス励起パルスレーザ発振器の出力が所定の出力値となるように前記第１の制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザアニール処理装置。
5. 前記ガス励起パルスレーザ発振器に対し前記ガスを補給するガス供給手段を備え、前記制御部は、前記ガスの劣化および前記ガス励起パルスレーザ発振器の稼働時間の一方または両方に応じて前記ガス供給手段による前記ガス補給の制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザアニール装置。
6. 前記制御部は、前記被処理体に照射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが所定エネルギー値になるように、前記可変アッテネータの減衰率を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザアニール装置。
7. 前記被処理体に照射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーを測定し、その測定結果を前記制御部に出力するパルスエネルギー測定部を備え、前記制御部は、前記測定結果に基づいて前記調整を行うことを特徴とする請求項６記載のレーザアニール装置。
8. 前記パルスエネルギー測定部は、前記光学系でビーム形状の整形がされた後のパルスレーザ光を測定するものであることを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
9. 前記制御部は、前記ガスの劣化進行に伴って前記ガスの交換時期であると判定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザアニール装置。
10. ガス励起パルスレーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を所定の減衰率で可変アッテネータに透過させて被処理体に照射するレーザアニール処理体の製造方法であって、
    前記ガス励起パルスレーザ発振器から出力される前記パルスレーザ光の出力値を所定値に調整する第１の制御を行い、該ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化状態を判定し、該判定結果に応じて前記第１の制御で調整される前記出力値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第２の制御を行うことを特徴とするレーザアニール処理体の製造方法。
11. 前記パルスレーザ光のパルス波形を測定し、測定されたパルス波形における第１ピーク値Ｐ１および第２ピーク値Ｐ２とからピーク比Ｐ２／Ｐ１を求め、該ピーク比が所定比を越える場合、前記ガスが劣化したものとして前記第２の制御を行うことを特徴とする請求項１０記載のレーザアニール処理体の製造方法。
12. 前記第１の制御における前記出力値の調整を前記ガス励起パルスレーザ発振器に印加する放電電圧の調整によって行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載のレーザアニール処理体の製造方法。
13. 前記被処理体に照射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが所定エネルギー値になるように、前記可変アッテネータの減衰率を調整することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のレーザアニール処理体の製造方法。
14. ガス励起パルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の出力値を所定値に調整するとともに、前記ガス励起パルスレーザ発振器から出力されて被処理体に照射されるパルスレーザ光を所定の透過率で透過させる可変アテネッターの透過率を調整する制御部で動作するプログラムであって、
    前記ガス励起パルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の出力値を所定値に調整する第１のステップと、該ガス励起パルスレーザ発振器内のガスの劣化状態を判定する第２のステップと、該第２のステップにおける判定結果に応じて前記第１のステップで調整される前記出力の所定値を低下させるとともに、前記可変アッテネータの減衰率を小さくする第３のステップと、を有することを特徴とするレーザアニール処理プログラム。

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