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
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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