JP2018037646A - レーザアニール装置、結晶化膜付き基板の検査方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

レーザアニール装置、結晶化膜付き基板の検査方法、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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賢一 大森
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石煥 鄭
亮介 佐藤
Ryosuke Sato
亮介 佐藤
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政志 町田
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Abstract

【課題】適切に結晶状態を評価することができるレーザアニール装置、検査方法、及び製造方法を提供する【解決手段】本実施形態にかかるレーザアニール装置１は、基板１００上のアモルファスシリコン膜１０１ａを結晶化してポリシリコン膜１０１ｂを形成するためのレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源１１と、レーザ光Ｌ１を集光してシリコン膜１０１に照射するプロジェクションレンズ１３と、プローブ光Ｌ２を出射するプローブ光源２１と、シリコン膜１０１を透過したプローブ光Ｌ３を検出する光検出器２５と、光検出器２５から出力される検出信号の検出値の標準偏差を求め、標準偏差に基づいてシリコン膜１０１の結晶状態を判定する処理装置２６と、を備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明はレーザアニール装置、結晶化膜付き基板の検査方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１には、多結晶シリコン薄膜を形成するためのレーザアニール装置が開示されている。特許文献１のレーザアニール装置では、多結晶シリコン薄膜の結晶状態を評価するため、多結晶シリコン薄膜に評価用の光を照射している。そして、多結晶シリコン薄膜を透過した照射光を検出している。照射光の透過強度と、同じ光源からの光で多結晶シリコン薄膜を透過させない参照光の光強度との比率に基づいて、結晶状態が評価されている。
特許２９１６４５２号公報
しかしながら、特許文献１のレーザアニール装置では、適切に結晶状態を評価できないおそれがある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、結晶化膜付き基板の検査方法は、（Ｃ）前記結晶化膜を透過したプローブ光を光検出器で検出するステップと、（Ｄ）前記結晶化膜に対する前記プローブ光の照射位置を変えていき、前記光検出器からの検出信号の検出値を複数取得するステップと、（Ｅ）複数の前記検出値の標準偏差に基づいて、前記結晶化膜の結晶状態を判定するステップと、を備えている。
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、（ｂ）非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するよう、前記非晶質膜にレーザ光を照射するステップと、（ｄ）前記結晶化膜を透過したプローブ光を光検出器で検出するステップと、（ｅ）前記結晶化膜に対する前記プローブ光の照射位置を変えていき、前記光検出器からの検出信号の検出値を複数取得するステップと、（ｆ）複数の前記検出値の標準偏差に基づいて、前記結晶化膜の結晶状態を判定するステップと、を備えている。
一実施の形態によれば、レーザアニール装置は、基板上の非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、プローブ光を出射するプローブ光源と、前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を検出する光検出器と、前記光検出器から出力される検出信号の検出値の標準偏差を求め、前記標準偏差に基づいて前記結晶化膜の結晶状態を判定する処理部と、を備えている。
一実施の形態によれば、レーザアニール装置は、前記基板を搬送するステージと、前記ステージの外側において前記基板に照射されるプローブ光を出射するプローブ光源と、搬送ロボットが前記ステージから前記基板を取り出している間に、前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を検出する光検出器と、を備えている。
前記一実施の形態によれば、適切に結晶化膜の結晶状態を評価することができる。
本実施形態にかかるレーザアニール装置の光学系を示す図である。 レーザアニール装置における、基板に入射するレーザ光及びプローブ光を説明するための斜視図である。 基板に入射するレーザ光及びプローブ光を説明するための図である。 基板に入射するプローブ光を示す図である。 実施形態にかかる検査方法を示すフローチャートである。 条件出し基板での検出値を示すグラフである。 条件出し基板での検出値の平均値と標準偏差を示すグラフである。 ３つの基板の撮像画像と標準偏差を示す図である。 本実施形態にかかるＥＬＡ装置を用いたポリシリコン膜の形成方法を示すフローチャートである。 本実施形態にかかるＥＬＡ装置を含む装置レイアウトを示す図である。 比較例にかかるＥＬＡ装置を用いたポリシリコン膜の形成方法を示すフローチャートである。 比較例にかかるＥＬＡ装置を含む装置レイアウトを示す図である。 実施の形態２にかかるＥＬＡ装置の構成を模式的に示す平面図である。 実施の形態２にかかるＥＬＡ装置の構成を模式的に示す側面図である。 レーザ光とプローブ光とを基板の同じ側から入射する構成を示す図である。 有機ＥＬディスプレイの構成を簡略化して示す断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる検査方法において、レーザ光の最適なエネルギー密度を決定する方法を示すフローチャートである。 図２５に示すフローにおいて、基板の領域を説明するための図である。 実施の形態３にかかるＥＬＡ装置の構成を示す側面図である。 実施の形態３にかかるＥＬＡ装置の構成を示す平面図である。 Ｚ位置に応じたプローブ光のサイズを示す図である。 ＥＬＡ装置におけるプローブ光の光学系の一例を示す図である。 ＥＬＡ装置におけるプローブ光の光学系の一例を示す図である。 ＥＬＡ装置におけるプローブ光の光学系の一例を示す図である。 プローブ光の測定結果を示すグラフである。
実施の形態１．
本実施の形態にかかるレーザアニール装置は、例えば、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly-Silicon)膜を形成するエキシマレーザアニール（ELA:Excimer laser Anneal）装置である。以下、図面を参照して本実施の形態にかかるレーザアニール装置、半導体装置の検査方法、及び製造方法について説明する。
（ＥＬＡ装置の光学系）
図１を用いて、本実施の形態にかかるＥＬＡ装置１の構成について説明する。図１は、ＥＬＡ装置１の光学系を模式的に示す図である。ＥＬＡ装置１は、レーザ光Ｌ１を基板１００上に形成されたシリコン膜１０１に照射する。これにより、非晶質のシリコン膜（アモルファスシリコン膜:ａ−Ｓｉ膜）１０１を多結晶のシリコン膜（ポリシリコン膜：ｐ−Ｓｉ膜）１０１に変換することができる。基板１００は、例えば、ガラス基板などの透明基板である。
なお、図１では説明の明確化のため、ＸＹＺ三次元直交座標系が示されている。Ｚ方向は鉛直方向となり、基板１００に垂直な方向である。ＸＹ平面は、基板１００のシリコン膜１０１が形成された面と平行な平面である。Ｘ方向は、矩形状の基板１００の長手方向となり、Ｙ方向は基板１００の短手方向となる。また、ＥＬＡ装置１では、ステージなどの搬送機構（不図示）により基板１００を＋Ｘ方向に搬送しながら、シリコン膜１０１にレーザ光Ｌ１が照射される。なお、図１では、シリコン膜１０１において、レーザ光Ｌ１の照射前のシリコン膜１０１をアモルファスシリコン膜１０１ａと示し、レーザ光Ｌ１の照射後のシリコン膜１０１はポリシリコン膜１０１ｂと示している。
ＥＬＡ装置１は、アニール光学系１０と、照明光学系２０と、検出光学系３０とを備えている。アニール光学系１０は、アモルファスシリコン膜１０１ａを結晶化するためのレーザ光Ｌ１をシリコン膜１０１に照射するための光学系である。照明光学系２０と、検出光学系３０とは、基板１００の結晶状態のばらつきを評価するための光学系である。
具体的には、ＥＬＡ装置１は、レーザ光源１１、ミラー１２、プロジェクションレンズ１３、プローブ光源２１、ミラー２２、レンズ２３、集光レンズ２４、光検出器２５、及び処理装置２６を備えている。
まず、レーザ光Ｌ１をシリコン膜１０１に照射するためのアニール光学系１０について説明する。アニール光学系１０は、基板１００の上側（＋Ｚ側）に配置されている。レーザ光源１１は、例えば、中心波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を放出するエキシマレーザ光源である。また、レーザ光源１１はパルス状のレーザ光Ｌ１を放出する。レーザ光源１１はレーザ光Ｌ１をミラー１２に向けて出射する。
基板１００の上には、ミラー１２、及びプロジェクションレンズ１３が配置されている。ミラー１２は、例えば、波長に応じて選択的に光を透過するダイクロイックミラーである。ミラー１２は、レーザ光Ｌ１を反射する。
レーザ光Ｌ１はミラー１２で反射して、プロジェクションレンズ１３に入射する。プロジェクションレンズ１３は、レーザ光Ｌ１を基板１００上、すなわち、シリコン膜１０１に投射するための複数のレンズを有している。
プロジェクションレンズ１３はレーザ光Ｌ１を基板１００上に集光している。ここで、図２を参照して、基板１００上におけるレーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の形状について説明する。基板１００上において、レーザ光Ｌ１がＹ方向に沿ったライン状の照射領域Ｐ１を形成する。すなわち、基板１００上において、レーザ光Ｌ１は、Ｙ方向を長手方向とするラインビームとなっている。また、＋Ｘ方向に基板１００を搬送しながら、レーザ光Ｌ１がシリコン膜１０１に照射される。これにより、Ｙ方向における照射領域Ｐ１の長さを幅とする帯状の領域にレーザ光Ｌ１を照射することができる。
次に、プローブ光Ｌ２を基板１００に照射するための照明光学系２０について図１を用いて説明する。照明光学系２０は、基板１００の下側（−Ｚ側）に配置されている。プローブ光源２１は、レーザ光Ｌ１と異なる波長のプローブ光Ｌ２を放出する。プローブ光源２１としては、例えば、連続発振（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）の半導体レーザ光源等を用いることができる。プローブ光Ｌ２の中心波長は、例えば、４０１ｎｍである。プローブ光Ｌ２の波長は、シリコン膜１０１における吸収率の低い波長であることが好ましい。そのため、プローブ光源２１として、単色光を放出するレーザ光源やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源等を用いることが好ましい。
プローブ光源２１は、ミラー２２に向けてプローブ光Ｌ２を出射する。ミラー２２は、プローブ光Ｌ２をレンズ２３に向けて反射する。レンズ２３は、プローブ光Ｌ２をシリコン膜１０１に集光する。図２に示すように、レンズ２３としてシリンドリカルレンズを用いることができる。これにより、基板１００上（シリコン膜１０１）において、プローブ光Ｌ２がＹ方向に沿ったライン状の照明領域Ｐ２を形成する。すなわち、基板１００上において、プローブ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向とするラインビームとなっている。また、Ｙ方向における照明領域Ｐ２の長さは、照射領域Ｐ１よりも短くなっている。
プローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２は、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１よりも＋Ｘ側に配置されている。すなわち、プローブ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１よりも基板１００の搬送方向の上流側で、基板１００に入射している。これにより、図１に示すように、プローブ光Ｌ２が、結晶化されたポリシリコン膜１０１ｂを照明する。
次に、シリコン膜１０１を透過したプローブ光Ｌ３を光検出器２５に導くための検出光学系３０について説明する。検出光学系３０は、基板１００の上側に配置されている。なお、図１では、シリコン膜１０１を透過したプローブ光をプローブ光Ｌ３として示している。プローブ光に対するシリコン膜１０１の透過率は、シリコンの結晶状態に応じて変化する。
シリコン膜１０１を透過したプローブ光Ｌ３は、プロジェクションレンズ１３に入射するプロジェクションレンズ１３で屈折されたプローブ光Ｌ３は、ミラー１２に入射する。なお、ミラー１２は、上記のように、波長に応じて光を透過又は反射するダイクロイックミラーである。ミラー１２は、波長４０１ｎｍのプローブ光Ｌ３を透過し、波長３０８ｎｍのレーザ光Ｌ１を反射する。したがって、プローブ光Ｌ３は、レーザ光Ｌ１の光路から分岐される。ミラー１２は、波長に応じて、レーザ光Ｌ１の光路とプローブ光Ｌ３の光路とを分岐する光分岐手段となる。
ミラー１２を通過したプローブ光Ｌ３は集光レンズ２４に入射する。集光レンズ２４は、プローブ光Ｌ３を光検出器２５の受光面上に集光する。光検出器２５は、例えば、フォトダイオードなどあり、プローブ光Ｌ３を検出する。光検出器２５は、プローブ光Ｌ３の検出光量に応じた検出信号を処理装置２６に出力する。検出信号の検出値は、シリコン膜１０１の透過率に対応する。また、基板１００が一定速度で＋Ｘ方向に搬送されているため、光検出器２５は、Ｘ方向における検出光量（つまり、シリコン膜１０１の透過率）のプロファイルを検出する。
処理装置２６は、検出信号の検出値に対して所定の演算を行う演算器である。なお、処理装置２６は、アナログの検出信号をデジタルの検出値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータを備えていてもよい。あるいは、光検出器２５がアナログの検出信号をデジタルの検出値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータを備えていてもよい。
基板１００を＋Ｘ方向に走査しながら、光検出器２５がプローブ光Ｌ３を検出する。したがって、光検出器２５又はＡ／Ｄコンバータのサンプリングレートに応じて、処理装置２６は複数の検出値を取得する。処理装置２６は、複数の検出値を記憶するメモリなどを有している。基板１００が＋Ｘ方向に一定速度で走査されているため、複数の検出値は、Ｘ方向における透過率のプロファイルを示す。シリコン膜１０１の結晶状態にばらつきがあると、照明位置に応じて異なる検出値が取得される。シリコン膜１０１の結晶状態が均質であると、複数の検出値がほぼ同じ値となる。
処理装置２６は、複数の検出値の標準偏差に基づいて、基板１００の良否判定を行っている。すなわち、標準偏差が予め設定された閾値よりも小さい場合、処理装置２６は、結晶状態のばらつきが小さいと判定する。この場合、処理装置２６は、均質なポリシリコン膜１０１ｂが形成されている良品であると判定する。一方、標準偏差が予め設定された閾値以上の場合、処理装置２６は、結晶状態のばらつきが大きいと判定する。この場合、処理装置２６は、ばらつきの大きいポリシリコン膜が形成されている不良品であると判定する。処理装置２６における処理については後述する。
図３、及び図４を用いて、基板１００上におけるプローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２について説明する。図３は、プローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２と、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の一例を示すＸＹ平面図である。図４は、ビームプロファイラで測定したプローブ光Ｌ２を示している。
図３に示すように、Ｘ方向における照射領域Ｐ１の幅は４００μｍとなっている。さらに、Ｘ方向において、照射領域Ｐ１と照明領域Ｐ２との間には、１００μｍのギャップが設けられている。Ｙ方向における照射領域Ｐ１の長さは照明領域Ｐ２の長さよりも大きくなっている。図４に示すように、Ｙ方向における照明領域Ｐ２の長さは６ｍｍとなっている。また、Ｘ方向における照明領域Ｐ２の最大幅は１７μｍとなっている。なお、照射領域Ｐ１がＹ方向における基板１００のサイズよりも小さい場合、Ｙ方向に基板１００を移動して、アニール処理を行う。これにより、基板１００全体において、シリコン膜１００を結晶化することができる。
ここで、Ｘ方向における基板１００の搬送速度が１２ｍｍ／ｓｅｃであるとする。照明領域Ｐ２の集光サイズは１７μｍであり、計測オーバーラップを５０％（＝８．５μｍ）と設定する。この場合に要求されるサンプリングレートは１２０００／８．５＝１．４１１ｋＨｚとなる。なお、計測オーバーラップは、連続する２つの検出値において、照明領域Ｐ２が重複する大きさを規定するものである。すなわち、１つ目の検出値に対応する照明領域Ｐ２と、２つ目の検出値に対応する照明領域Ｐ２は、８．５μｍだけ重複した領域を照明している。
次に、本実施の形態にかかる検査方法について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態にかかる検査方法を示すフローチャートである。
まず、シリコン膜１０１のアニール処理を行うと、処理装置２６がｎ個の検出値Ｖ１,Ｖ２,・・・Ｖｎを取得する（Ｓ１１）。ここで、ｎは２以上の整数である。Ｘ方向におけるプローブ光Ｌ２の照明位置を変えていくことで、検出値Ｖ１〜Ｖｎが検出される。例えば、Ｘ方向における基板１００の照明位置がＸ１の時の検出値が、Ｖ１となり、Ｘ方向における基板１００の照明位置がＸ２の時の検出値が、Ｖ２となる。Ｘ方向における基板１００の照明位置がＸｎの時の検出値が、Ｖｎとなる。このように、Ｘ方向における照明位置毎に、光検出器２５が検出値を検出する。基板搬送により、基板１００に対する照明位置を変えていくことで、処理装置２６が複数の検出値Ｖ１〜Ｖｎを取得する。
次に、処理装置２６は、複数の検出値Ｖ１〜Ｖｎの平均値Ｖaverageと標準偏差σを算出する（Ｓ１２）。具体的には、処理装置２６に設けられたプロセッサや演算回路が、図５に示された式に基づいて、平均値Ｖaverageと標準偏差σを算出する。
処理装置２６は、算出した標準偏差σが閾値σαより小さいか否かを判定する（Ｓ１３）。すなわち、処理装置２６は、標準偏差σを予め設定された閾値σαと比較する。そして、標準偏差σが閾値σαよりも小さい場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、処理装置２６が良品と判定して、処理を終了する。一方、標準偏差σが閾値σα以上の場合（Ｓ１３のＮＯ）、処理装置２６が不良品と判定して、アニール処理に戻る。これにより、不良品に対して再アニール処理が行われる。
再アニール処理では、１回目のアニール処理と同様に、基板１００の全面にレーザ光Ｌ１を照射する。再アニール処理では、１回目のアニール処理よりも弱い照射強度でレーザ光Ｌ１が基板１００に照射される。レーザ光Ｌ１の照射光量が不足しており、結晶化が不十分な箇所を確実に結晶化することができる。また、再アニール処理においても、光検出器２５がプローブ光Ｌ３を検出して、処理装置２６が同様に結晶状態を判定してもよい。
さらに、再アニール処理では、基板１００に対して、部分的にレーザ光Ｌ１を照射するようにしてもよい。このようにすることで、再アニール処理に要する時間を短縮することができる。例えば、測定範囲を１０分割して、処理装置２６は、１０個の標準偏差σ１〜σ１０を算出する。そして、標準偏差σ１〜σ１０のうち、標準偏差が大きい箇所のみにレーザ光Ｌ１を照射するようにしてもよい。このため、処理装置２６は、標準偏差σ１〜σ１０のそれぞれを閾値σαと比較して、閾値σα以上となっている箇所を求める。そして、標準偏差が閾値σα以上となっている箇所に対してのみレーザ光Ｌ１を照射する。換言すると、標準偏差が閾値σα未満となっている箇所に対しては、レーザ光Ｌ１が照射されない。もちろん、基板１００を分割する数は１０個に限られるものではなく、２以上であればよい。
さらに、本実施の形態では、Ｓ１３において、標準偏差σに基づく良否判定に加えて、平均値Ｖaverageに基づく良否判定も行っている。すなわち、評価項目として、標準偏差だけでなく、平均値が加えられている。そして、標準偏差、及び平均値の一方でも基準を満たさない場合は、処理装置２６は、基板１００を不良品と判定している。なお、平均値Ｖaverageに基づく良否判定は実施しなくてよい。この場合、ステップＳ１２では、処理装置２６が平均値Ｖaverageを算出せずに標準偏差σのみを算出すればよい。
具体的には、平均値Ｖaverageが閾値Ｖαより小さいか否かを判定する（Ｓ１３）。すなわち、処理装置２６は、平均値Ｖaverageを予め設定された閾値Ｖαと比較する。そして、平均値Ｖaverageが閾値Ｖαよりも大きい場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、処理装置２６が良品と判定して、処理を終了する。一方、平均値Ｖaverageが閾値Ｖα以下の場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、処理装置２６が不良品と判定して、アニール処理に戻る。このように、標準偏差σ、及び平均値Ｖaverageの両方に基づいて良否判定を行うことで、より適切に結晶状態を評価することができる。よって、良否判定の精度をより向上することができる。そして、不良品と判定された基板１００に対して、レーザアニール装置１は、再度アニール処理を行う。これにより、レーザ光Ｌ１の照射光量が不足しており、結晶化が不十分な箇所を確実に結晶化することができる。よって、結晶状態のばらつきを改善することができる。
このように、本実施の形態では、光検出器２５が基板１００を透過したプローブ光Ｌ３を検出している。異なる照明位置でのプローブ光Ｌ３が光検出器２５によって検出されているため、処理装置２６は、複数の検出値を取得する。処理装置２６は、複数の検出値の標準偏差に基づいて、良否判定を行っている。このようにすることで、適切にポリシリコン膜１０１ｂのばらつきを評価することができる。よって、良否判定の精度をより向上することができる。特に、レーザ光Ｌ１がライン状のパルスレーザ光である場合、シリコン膜１０１にラインに沿った明暗の縞（ショットムラともいう）ができることがある。本実施の形態にかかるＥＬＡ装置１により、ショットムラを軽減することができる。
本実施の形態では、検出値の標準偏差σだけでなく平均値Ｖaverageを評価項目とすることで、より良否判定の精度を向上することができる。さらに、不良品と判定された基板１００に対して、再アニール処理が行われる。レーザ光Ｌ１の照射光量が不足しており、結晶化が不十分な箇所を確実に結晶化することができる。よって、歩留まりを改善することができ、生産性を向上することができる。
さらに、ステージなどによる基板搬送中に、基板１００に対してレーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２とを同時に照射している。このようにすることで、レーザアニール中であっても、シリコン膜１０１を透過したプローブ光Ｌ３を検出することができる。よって、短時間でシリコン膜１０１の表面状態が最適かどうかを判定することができる。
また、本実施の形態では、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の近傍にプローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２が配置されている。これにより、結晶化した直後のシリコン膜１０１の結晶状態を評価することができる。したがって、シリコン膜１０１の結晶状態のばらつきをほぼオンタイムで評価することができる。よって、良否判定の精度を向上することができる。
また、プローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２をレーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１により近接させるために、プロジェクションレンズ１３を通過したプローブ光を光検出器２５が検出している。換言すると、プロジェクションレンズ１３がプローブ光源２１から光検出器２５までの光路中に配置されている。プロジェクションレンズ１３がアニール光学系１０と照明光学系２０とで共用されている。これにより、基板１００上において、照射領域Ｐ１に対して照明領域Ｐ２をより近づけることが可能となる。
さらに、本実施の形態では、ライン状の照明領域Ｐ２により基板１００を照明している。したがって、小さなごみや埃等による影響を低減することができる。例えば、点状の照明領域により照明した場合、照明領域にごみ等が付着していると、透過率が大幅に低下してしまう。この場合、ごみなどが付着していた箇所の検出値が大幅に低下してしまい、標準偏差が大きくなる。一方、本実施の形態に示すように、ライン状の照明領域Ｐ２により照明することで、小さなごみ等の影響を軽減することができる。すなわち、Ｙ方向の幅が広い領域を照明することができるため、点状の照明領域で照明した場合に比べて、良否判定の精度を向上することができる。さらに、照明領域Ｐ２がライン状の照射領域Ｐ１と平行であるため、Ｙ方向に沿った明暗の縞であるショットムラを適切に評価することができる。
また、本実施の形態では、光検出器２５の前に、集光レンズ２４が配置されている。集光レンズ２４は、プローブ光Ｌ３を光検出器２５の受光面に集光する。すなわち、プローブ光Ｌ３は、光検出器２５の受光面において、点状のスポットを形成している。よって、受光領域の小さいフォトダイオードなどを光検出器２５として用いることができる。これにより、受光画素がアレイ状に配列されたカメラなどを光検出器２５として用いる必要がなくなる。さらに、カメラの画像を画像処理する必要がなくなる。このため、装置の構成、及び処理を簡素化することができる。
（測定結果）
図６に、プローブ光Ｌ３の測定結果を示す。図６は条件出し基板での測定結果を示すグラフである。ここでは、１枚の基板１００に対してレーザ光Ｌ１の照射強度を変えていった場合の、プローブ光Ｌ３の検出結果を示している。具体的には、基板１００を図６中の領域Ｔ８０〜領域Ｔ１００の２１個の領域に分割して、領域毎にレーザ光Ｌ１の照射強度を変えている。領域Ｔ８０から領域Ｔ１００に向けて、照射強度が徐々に高くなっている。具体的には、各領域を示す数字が、領域Ｔ１００の照射強度を１００とした場合の照射強度を示している。例えば、領域Ｔ８０は、領域Ｔ１００の８０％の照射強度であり、領域Ｔ８１は領域Ｔ１００の８１％の照射強度となっている。なお、それぞれの領域では、照射強度を一定としている。縦軸は光検出器２５の検出信号の検出値である。なお、ここでの検出値は、光検出器２５から出力される検出信号の電圧［Ｖ］に対応している。
各領域での検出値Ｖの平均値と標準偏差σを図７に示す。検出値Ｖが低いほどシリコン膜１０１の特性が優れているとする。この場合、平均値が最も低い領域は領域Ｔ９５となるが、標準偏差σが最も小さいのは領域Ｔ８５である。よって、領域Ｔ８５の照射強度を最適な照射強度とすることができる。換言すると、領域Ｔ９５では、平均値が低いが、検出値のばらつきが大きいため、標準偏差が高くなる。このため、結晶状態のばらつきが多くなっているため、不良品の発生率が高くなる。領域Ｔ８５の照射強度のレーザ光Ｌ1を用いてアニール処理を行うことで、均一な結晶状態のポリシリコン膜１０１ｂを形成することができる。
図８は、基板１００をカメラで撮像した画像と、光検出器２５の検出結果とを示す図である。図８では、３つの基板１００を基板Ｉ〜ＩＩＩとして示しており、それぞれレーザ光Ｌ１の照射強度を変えている。また、各基板Ｉ〜ＩＩＩでは、均一な照射強度で、レーザ光Ｌ1を照射している。図８は、撮像した画像を上段に示し、検出値（電圧値）を下段に示している。図８に示すように、画像の輝度ムラが大きい基板Ｉ，基板ＩＩＩでは、検出値にばらつきがあることが確認できる。一方、画像の輝度ムラが小さい基板ＩＩでは、検出値のばらつきが小さくなることが確認できる。このように、検出値の標準偏差に基づいて検査を行うことで、良否判定の精度を向上することができる。
（ポリシリコン膜の形成方法）
本実施の形態では、ＥＬＡ装置１に良否判定機能を持たせることができるため、より生産性を向上することができる。この点について、図９、及び図１０を用いて説明する。図９は、ＥＬＡ装置１を用いたポリシリコン膜の形成方法を示すフローチャートである。より具体的には、図９には、本実施の形態にかかる検査方法により不良品と判定された場合の形成方法が示されている。図１０は、製造工場におけるＥＬＡ装置１と洗浄装置３との装置レイアウトを示す図である。
まず、ＥＬＡ装置１がアニール処理、及び良否判定を行う（Ｓ１０１）。具体的には、移載ロボット４が、洗浄装置３で洗浄されたアモルファスシリコン膜付きの基板１００をカセット５から取り出す。そして、移載ロボット４は、基板１００をＥＬＡ装置１に搬入する。なお、移載ロボット４は、２つのハンドを備えており、各装置に搬入する基板１００と、各装置から搬出する基板１００を同時に保持することができる。
そして、図１等で示したように、基板１００を搬送しながら、レーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２とを基板１００に照射する。例えば、ステージなどを駆動して、基板１００を搬送することで、アニール処理、及び良否判定が実施される。レーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２が同時に基板１００に照射されているため、アニール処理と良否判定がほぼ同時に終了する。基板１００を搬送しながら、光検出器２５がプローブ光Ｌ３を検出しているため、処理装置２６は複数の検出値を取得する。そして、複数の検出値の標準偏差σに基づいて、処理装置２６が不良品と判定した場合、再アニール処理を行う（Ｓ１０２）。ここで、ステップＳ１０１とステップＳ１０２は同じＥＬＡ装置１内で行われる。すなわち、基板１００をＥＬＡ装置１から搬出せずに、ステップＳ１０１とステップＳ１０２を実施することができる。
次に、比較例にかかるＥＬＡ装置を用いたポリシリコン膜の形成方法について図１１、図１２を用いて説明する。図１１は、比較例にかかるＥＬＡ装置２０１を用いたポリシリコン膜の形成方法を示すフローチャートである。図１２は、製造工場におけるＥＬＡ装置２０１と洗浄装置２０３と検査装置２０２のレイアウト図である。なお、比較例にかかるＥＬＡ装置２０１は、良否判定機能を有していない。よって、ＥＬＡ装置２０１と洗浄装置２０３の近傍に検査装置２０２が配置されている。検査装置２０２は基板１００の良否判定を行う。
まず、ＥＬＡ装置２０１がレーザアニール処理を行う（Ｓ２０１）。具体的には、移載ロボット２０４が、洗浄装置２０３で洗浄されたアモルファスシリコン膜付きの基板１００をカセット２０５から取り出す。そして、移載ロボット２０４は、基板１００をＥＬＡ装置２０１に搬入する。そして、ＥＬＡ装置２０１がアニール処理を行う。
アニール処理が終了すると、移載ロボット２０４がアニール処理済みの基板１００をＥＬＡ装置から搬出（Ｓ２０２）する。基板１００を搬出した移動ロボット２０４が検査装置搬入前に移動したら（Ｓ２０４）、移載ロボット２０４が基板１００を検査装置２０２に搬入する（Ｓ２０５）。
検査装置２０２は、搬入された基板１００に対して良否判定を行う（Ｓ２０６）。ここでは、基板１００が不良品と判定された例を説明する。移載ロボット２０４が、検査装置２０２から基板１００を搬出する（Ｓ２０７）。基板１００を搬出した移載ロボット２０４がＥＬＡ装置２０１の搬入前に移動したら（Ｓ２０９）、移載ロボット２０４がＥＬＡ装置２０１に基板１００を搬入する（Ｓ２１０）。そして、不良品と判定された基板１００に対して、ＥＬＡ装置２０１が再アニール処理を行う（Ｓ２１１）。
このように、比較例のＥＬＡ装置２０１には、良否判定機能が設けられていないため、基板１００の搬入回数、搬出回数が多くなる。すなわち、基板１００を検査装置２０２に対して、基板１００を搬入、搬出する必要が生じてしまう。よって、タクトタイムが長くなってしまい、生産性を向上することが困難となる。さらには、検査装置２０２による良否判定工程（Ｓ２０６）とＥＬＡ装置２０１による再アニール処理Ｓ２１１との間に、洗浄装置２０３による洗浄工程が必要となる場合がある。この場合、さらに、基板１００の搬入回数、搬出回数が多くなり、生産性が低下してしまう。
換言すると、本実施の形態にかかるＥＬＡ装置１では、高い生産性でポリシリコン膜付きの基板１００を製造することができる。すなわち、基板１００の搬入回数、搬出回数が少なくなるため、短時間に処理を終了することができる。さらには、同じＥＬＡ装置１内で、アニール処理と良否判定を行うことができるため、良否判定後、再アニール処理前の間に、洗浄工程を行う必要がない。これにより、基板１００の搬入回数、搬出回数を少なくすることができ、生産性を向上することができる。また、レーザ光Ｌ１を照射後すぐにポリシリコン膜１０１ｂを評価することができる。よって、次の基板１００に対して透過率等の条件をフィードバックして、適切な条件でレーザ照射することが可能となる。
実施の形態２．
本実施の形態にかかるＥＬＡ装置４０について、図１３、及び図１４を用いて説明する。図１３は、ＥＬＡ装置４０の構成を模式的に示す平面図である。図１４は、ＥＬＡ装置４０の構成を模式的に示す側面図である。また、図１３、及び図１４では、装置の構成が適宜簡略化されている。本実施の形態では、ガス浮上ユニットが設けられたＥＬＡ装置４０に良否判定機能が追加されている。
ＥＬＡ装置４０は、処理室４１と、連続搬送路４２と、ガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂと、吸着部４４と、開口部４５と、を備えている。処理室４１は、搬入口４１ａと、搬出口４１ｂと、を備えている。また、ＥＬＡ装置４０は、実施の形態１と同様に、アニール光学系１０と、照明光学系２０と、検出光学系３０と、を備えている。
本実施の形態にかかるＥＬＡ装置４０では、アニール処理を行う処理室４１内において、基板１００を浮上するガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂが設けられている。なお、ガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂ以外の基本的な構成は、実施の形態１に示したＥＬＡ装置１と同様であるため、適宜説明を省略する。例えば、本実施の形態にかかるＥＬＡ装置４０の光学系は、実施の形態１にかかるＥＬＡ装置１と略同様である。ただ、プローブ光Ｌ３がミラー１２を介さずに集光レンズ２４に入射している。この場合、ミラー１２としてダイクロイックミラーではなく、入射光のほぼ全てを反射する反射鏡を用いることができる。
ＥＬＡ装置４０の処理室４１は、直方体形状の壁部を有している。そして、処理室４１の長手方向（Ｘ方向）の対向壁に搬入口４１ａ（−Ｘ側）と搬出口４１ｂ（＋Ｘ側）がそれぞれ設けられている。搬入口４１ａと搬出口４１ｂは、開放したものでもよく、開閉可能な構成とすることもできる。開閉可能な構成としては簡易な封止構造とすることも可能である。なお、搬入口４１ａと搬出口４１ｂの設定位置は、搬送方向に沿って設けられていればよく、特定の位置に限定されるものではない。
処理室４１内には、搬入口４１ａから搬出口４１ｂにかけて連続搬送路４２が設けられている。連続搬送路４２には、ガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂが配置されている。ガス浮上ユニット４３ａは、搬入口４１ａ側に配置され、ガス浮上ユニット４３ｂは、搬出口４１ｂ側に配置されている。さらに、ガス浮上ユニット４３ａとガス浮上ユニット４３ｂとの間には、開口部４５が設けられている。開口部４５が、レーザアニールを行う照射領域Ｐ１に対応する。
ガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂは、下方から上方に向けてガスを噴出し、上方の基板１００を浮上支持する浮上ステージである。なお、ガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂは、図示しない噴出位置を複数有することで基板１００の姿勢、たわみなどを調整することができる。
図１４に示すように、連続搬送路４２において、ガス浮上ユニット４３ａが設けられている部分を搬入搬送路４２ａとし、ガス浮上ユニット４３ｂが設けられている部分を搬出搬送路４２ｂとする。さらに、連続搬送路４２において、開口部４５に対応する部分を照射領域搬送路４２ｃとする。
吸着部４４は、基板１００の端部を吸着する。吸着部４４が基板１００を吸着した状態で、吸着部４４をガイドレール（不図示）に沿ってＸ方向に移動させる。このようにすることで、基板１００を＋Ｘ方向に搬送することができる。
搬入口４１ａから搬入された基板１００は、搬入搬送路４２ａ、照射領域搬送路４２ｃ、搬出搬送路４２ｂの順で搬送される。そして、基板１００が搬出搬送路４２ｂの終端まで搬送されると、搬出口４１ｂから搬出される。具体的には、搬入口４１ａから搬入された基板１００は、ガス浮上ユニット４３ａからのガスによって浮上される。浮上状態の基板１０００が＋Ｘ方向に搬送される（例えば、図１４中の基板１００ａ）。そして、基板１００が照明領域搬送路４２ｃに到達すると、アニール処理、及びプローブ光の検出が行われる（例えば、図１４中の基板１００ｂ）。
このとき、開口部４５が設けられている照射領域搬送路４２ｃにおいて、レーザ光Ｌ１、及びプローブ光Ｌ２が基板１００に照射される。そのため、プローブ光Ｌ２が開口部４５を通過するように、照明光学系２０が配置されている。例えば、開口部４５の直下にレンズ２３が配置されている。このように、ガス浮上ユニット４３ａとガス浮上ユニット４３ｂとの間にある開口部４５をプローブ光Ｌ２が通過する。すなわち、プローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２は、照射領域搬送路４２ｃに位置する。
そして、基板１００が搬出搬送路４２ｂに到達すると、基板１００がガス浮上ユニット４３ａ、及びガス浮上ユニット４３ｂの両方からのガスで浮上する。基板１００の終端が搬入搬送路４２ａを越えると、ガス浮上ユニット４３ｂのみのガスで浮上する（例えば、図１４中の基板１００ｃ）。
本実施の形態にかかる検査方法は、複数のガス浮上ユニット４３ａ、４３ｂを備えたＥＬＡ装置４０での実施に好適である。例えば、開口部４５は、通常、Ｙ方向において基板１００の全体に渡って設けられている（図１３参照）。したがって、本実施の形態にかかるＥＬＡ装置４０によれば、Ｙ方向の任意の位置に照明領域Ｐ２を形成することができる。これにより、例えば、Ｙ方向における基板１００の中央に照明領域Ｐ２を形成することが可能となる。よって、Ｙ方向において、基板１００の中央での結晶状態を評価することができ、良否判定の精度を向上することができる。
なお、実施の形態１、２では、照明光学系２０を基板１００の下に配置し、検出光学系３０を基板１００の上に配置したが、照明光学系２０と検出光学系３０の配置は上下逆となっていてもよい。すなわち、照明光学系２０を基板１００の上に配置し、検出光学系３０を基板１００の下に配置することができる。この場合、図１５に示すように、レンズ２３が基板１００の＋Ｚ側に配置される。実施の形態２では、基板１００を透過したプローブ光が、開口部４５を通過する。また、照明光学系２０を基板１００の上に配置し、検出光学系３０を基板１００の下に配置した場合、プロジェクションレンズ１３と異なるレンズを用いて、プローブ光Ｌ２を集光してもよい。
（有機ＥＬディスプレイ）
上記のポリシリコン膜を有する半導体装置は、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイ用のＴＦＴ（Thin Film transistor）アレイ基板に好適である。すなわち、ポリシリコン膜は、ＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を有する半導体層として用いられる。
以下、本実施の形態にかかる半導体装置を有機ＥＬディスプレイディスプレイに適用した構成について説明する。図１６は、有機ＥＬディスプレイの画素回路を簡略化して示す断面図である。図１６に示す有機ＥＬディスプレイ３００は、各画素ＰＸにＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス型の表示装置である。
有機ＥＬディスプレイ３００は、基板３１０、ＴＦＴ層３１１、有機層３１２、カラーフィルタ層３１３、及び封止基板３１４を備えている。図１６では、封止基板３１４側が視認側となるトップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイを示している。なお、以下の説明は、有機ＥＬディスプレイの一構成例を示すものであり、本実施の形態は、以下に説明される構成に限られるものではない。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイに用いられていてもよい。
基板３１０は、ガラス基板又は金属基板である。基板３１０の上には、ＴＦＴ層３１１が設けられている。ＴＦＴ層３１１は、各画素ＰＸに配置されたＴＦＴ３１１ａを有している。さらに、ＴＦＴ層３１１は、ＴＦＴ３１１ａに接続される配線（図示を省略）等を有している。ＴＦＴ３１１ａ、及び配線等が画素回路を構成する。
ＴＦＴ層３１１の上には、有機層３１２が設けられている。有機層３１２は、画素ＰＸごとに配置された有機ＥＬ発光素子３１２ａを有している。有機ＥＬ発光素子３１２ａは、例えば、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、及び陰極が積層された積層構造を有している。トップエミッション方式の場合、陽極は金属電極であり、陰極はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜である。さらに、有機層３１２には、画素ＰＸ間において、有機ＥＬ発光素子３１２ａを分離するための隔壁３１２ｂが設けられている。
有機層３１２の上には、カラーフィルタ層３１３が設けられている。カラーフィルタ層３１３は、カラー表示を行うためのカラーフィルタ３１３ａが設けられている。すなわち、各画素ＰＸには、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、又はＢ（青色）に着色された樹脂層がカラーフィルタ３１３ａとして設けられている。有機層３１２から放出された白色光は、カラーフィルタ３１３ａを通過すると、ＲＧＢの色の光に変換される。なお、有機層３１２に、ＲＧＢの各色を発光する有機ＥＬ発光素子が設けられている３色方式の場合、カラーフィルタ層３１３を省略してもよい。
カラーフィルタ層３１３の上には、封止基板３１４が設けられている。封止基板３１４は、ガラス基板などの透明基板であり、有機層３１２の有機ＥＬ発光素子の劣化を防ぐために設けられている。
有機層３１２の有機ＥＬ発光素子３１２ａに流れる電流は、画素回路に供給される表示信号によって変化する。よって、表示画像に応じた表示信号を各画素ＰＸに供給することで、各画素ＰＸでの発光量を制御することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。
有機ＥＬディスプレイ等のアクティブマトリクス型表示装置では、１つの画素ＰＸに、１つ以上のＴＦＴ（例えば、スイッチング用ＴＦＴ、又は駆動用ＴＦＴ）が設けられている。そして、各画素ＰＸのＴＦＴには、ソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域を有する半導体層が設けられている。本実施の形態にかかるポリシリコン膜は、ＴＦＴの半導体層に好適である。すなわち、上記の製造方法により製造したポリシリコン膜をＴＦＴアレイ基板の半導体層に用いることで、ＴＦＴ特性の面内ばらつきを抑制することができる。よって、表示特性の優れた表示装置を高い生産性で製造することができる。
（半導体装置の製造方法）
本実施の形態にかかるＥＬＡ装置を用いた半導体装置の製造方法は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。ＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について、図１７〜図２４を用いて説明する。図１７〜図２４は半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。以下の説明では、逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図１７に示すように、ガラス基板４０１上に、ゲート電極４０２を形成する。なお、ガラス基板４０１は、上記した基板１００に相当する。ゲート電極４０２は、例えば、アルミニウムなどを含む金属薄膜を用いることができる。ガラス基板４０１上に、スパッタ法や蒸着法により金属薄膜を成膜する。そして、金属薄膜をフォトリソグラフィーにより、パターニングすることで、ゲート電極４０２が形成される。フォトリソグラフィーグラフィ法では、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離等の処理が行われる。なお、ゲート電極４０２のパターニングと同工程で、各種の配線等を形成してもよい。
次に、図１８に示すように、ゲート電極４０２の上に、ゲート絶縁膜４０３を形成する。ゲート絶縁膜４０３は、ゲート電極４０２を覆うように形成される。そして、図１９に示すように、ゲート絶縁膜４０３の上に、アモルファスシリコン膜４０４を形成する。アモルファスシリコン膜４０４は、ゲート絶縁膜４０３を介して、ゲート電極４０２と重複するように配置されている。
ゲート絶縁膜４０３は、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、又はこれらの積層膜等などである。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ゲート絶縁膜４０３とアモルファスシリコン膜４０４とを連続成膜する。
そして、アモルファスシリコン膜４０４にレーザ光Ｌ１を照射することで、図２０に示すように、ポリシリコン膜４０５を形成する。すなわち、図１等で示したＥＬＡ装置１によって、アモルファスシリコン膜４０４を結晶化する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜４０５がゲート絶縁膜４０３上に形成される。ポリシリコン膜４０５は、上記したポリシリコン膜１０１ｂに相当する。
この時、本実施の形態にかかる検査方法により、ポリシリコン膜４０５が検査されている。ポリシリコン膜４０５が所定の基準を満たさない場合、ポリシリコン膜４０５に再度レーザ光が照射される。このため、ポリシリコン膜４０５の特性をより均一にすることができる。面内のばらつきを抑制することができるため、表示特性の優れた表示装置を高い生産性で製造することができる。
なお、図示を省略するがポリシリコン膜４０５をフォトリソグラフィー法によりパターニングする。また、イオン注入法などにより、ポリシリコン膜４０５に不純物を導入してもよい。
その後、図２１に示すように、ポリシリコン膜４０５の上に、層間絶縁膜４０６を形成する。層間絶縁膜４０６には、ポリシリコン膜４０５を露出するためのコンタクトホール４０６ａが設けられている。
層間絶縁膜４０６は、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、又はこれらの積層膜等などである。具体的には、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜４０６を成膜する。そして、フォトリソグラフィー法により、層間絶縁膜４０６をパターニングすることで、コンタクトホール４０６ａが形成される。
次に、図２２に示すように、層間絶縁膜４０６の上に、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂを形成する。ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、コンタクトホール４０６ａを覆うように形成される。すなわち、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、コンタクトホール４０６ａ内から層間絶縁膜４０６の上まで形成される。よって、コンタクトホール４０６ａを介して、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、ポリシリコン膜４０５と電気的に接続される。
これにより、ＴＦＴ４１０が形成される。ＴＦＴ４１０は、上記したＴＦＴ３１１ａに相当する。ポリシリコン膜４０５において、ゲート電極４０２と重複する領域がチャネル領域４０５ｃとなる。ポリシリコン膜４０５において、チャネル領域４０５ｃよりもソース電極４０７ａ側がソース領域４０５ａとなり、ドレイン電極４０７ｂ側がドレイン領域４０５ｂとなる。
ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、アルミニウムなどを含む金属薄膜により形成されている。層間絶縁膜４０６上に、スパッタ法や蒸着法により金属薄膜を成膜する。そして、金属薄膜をフォトリソグラフィーにより、パターニングすることで、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂが形成される。なお、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂのパターニングと同工程で、各種の配線を形成してもよい。
そして、図２３に示すように、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂの上に、平坦化膜４０８を形成する。平坦化膜４０８は、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂを覆うように形成される。さらに、平坦化膜４０８には、ドレイン電極４０７ｂを露出するためのコンタクトホール４０８ａが設けられている。
平坦化膜４０８は、例えば、感光性樹脂膜により形成されている。ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂの上に、感光性樹脂膜を塗布して、露光、現像する。これにより、コンタクトホール４０８ａを有する平坦化膜４０８をパターニングすることができる。
そして、図２４に示すように、平坦化膜４０８の上に、画素電極４０９を形成する。画素電極４０９は、コンタクトホール４０８ａを覆うように形成される。すなわち、画素電極４０９は、コンタクトホール４０８ａ内から平坦化膜４０８の上まで形成される。よって、コンタクトホール４０８ａを介して、画素電極４０９は、ドレイン電極４０７ｂと電気的に接続される。
画素電極４０９は、透明導電膜又はアルミニウムなどを含む金属薄膜により形成される。平坦化膜４０８の上に、スパッタ法などにより、導電膜（透明導電膜、又は金属薄膜）を成膜する。そして、フォトリソグラフィー法により導電膜をパターニングする。これにより、平坦化膜４０８の上に画素電極４０９が形成される。有機ＥＬディスプレイの駆動用ＴＦＴの場合、画素電極４０９の上に、図１６で示したような有機ＥＬ発光素子３１２ａ、カラーフィルタ（ＣＦ）３１３ａ等が形成される。なお、トップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイの場合、画素電極４０９は、反射率の高いアルミニウムや銀などを含む金属薄膜により形成される。また、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイの場合、画素電極４０９は、ＩＴＯなどの透明導電膜により形成される。
以上、逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴの製造工程を説明したが、本実施の形態にかかる製造方法を逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴの製造に適用してもよい。もちろん、ＴＦＴの製造方法は、有機ＥＬディスプレイ用のＴＦＴの製造に限られるものではなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）用のＴＦＴの製造に適用することもできる。
さらに、上記の説明では、本実施の形態にかかるレーザアニール装置が、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してポリシリコン膜を形成するものとして説明したが、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してマイクロクリスタルシリコン膜を形成するものであってもよい。さらには、アニールを行うレーザ光はエキシマレーザに限定されるものではない。また、本実施の形態にかかる方法は、シリコン膜以外の薄膜を結晶化するレーザアニール装置に適用することも可能である。すなわち、非晶質膜にレーザ光を照射して、結晶化膜を形成するレーザアニール装置であれば、本実施の形態にかかる方法は適用可能である。本実施の形態にかかるレーザアニール装置によれば、結晶化膜付き基板を適切に検査することができる。
上記の説明では、本実施の形態にかかる製造方法が有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等の表示装置用のＴＦＴアレイ基板の製造に適用されるものとして説明したが、その他の表示装置のＴＦＴアレイ基板の製造に適用することが可能である。さらに、本実施の形態にかかる製造方法は、表示装置用のＴＦＴアレイ基板以外に用いることも可能である。例えば、Ｘ線撮像素子などのフラットパネルディテクタなどのＴＦＴアレイ基板に本実施の形態にかかる半導体装置を適用してもよい。半導体層の特性が均一なＴＦＴアレイ基板を高い生産性で製造することができる。
（最適エネルギー密度の決定方法）
図２５、及び図２６を用いて、基板に照射するレーザ光Ｌ１の最適なエネルギー密度（ＯＥＤ：Optimized Energy Density）を決定する方法について説明する。図２５は、ＯＥＤを決定する方法を示すフローチャートである。図２６は、ＯＥＤを決定する方法において、基板の領域を説明するための模式図である。
ここでは、Ｘ方向において、基板１００を複数の領域に分割している。図２６に示すように、分割された領域を領域Ｘｎ−１、領域Ｘｎ、領域Ｘｎ＋１、領域Ｘｎ＋２、・・・とする。なお、領域Ｘｎ−１、領域Ｘｎ、領域Ｘｎ＋１、領域Ｘｎ＋２の順番で、基板１００にレーザ光Ｌ１、及びプローブ光Ｌ２が照射されていく。したがって、領域Ｘｎ―１における透過率が測定された後、領域Ｘｎにおける透過率が測定される。
領域Ｘｎ−１、領域Ｘｎ、領域Ｘｎ＋１、領域Ｘｎ＋２において、測定された透過率をそれぞれ透過率Ｔｎ−１、透過率Ｔｎ、透過率Ｔｎ＋１、透過率Ｔｎ＋２とする。それぞれの領域において、透過率の検出値が複数取得されている。例えば，透過率Ｔｎは複数の検出値を含んでいる。そして、透過率Ｔｎ−１の検出値の標準偏差を標準偏差σｎ−１とする。透過率Ｔｎ、透過率Ｔｎ＋１、透過率Ｔｎ＋２の検出値の標準偏差をそれぞれ標準偏差σｎ、標準偏差σｎ＋１、標準偏差σｎ＋２とする。
まず、処理装置２６が、領域Ｘｎ−１における標準偏差σｎ−１を算出する（Ｓ２１）。そして、処理装置２６が、標準偏差σｎ−１を標準偏差のしきい値σｔｈと比較する（Ｓ２２）。標準偏差σｎ−１がしきい値σｔｈよりも大きい場合、レーザ光Ｌ１の照射強度（エネルギー密度）を変更する（Ｓ２３）。すなわち、レーザ光源１１が出力を上げる又は下げる。標準偏差σｎ−１がしきい値σｔｈ以下の場合、レーザ光Ｌ１の照射強度を維持する（Ｓ２４）。
次に、処理装置２６が、領域Ｘｎにおける標準偏差σｎを算出する（Ｓ２５）。そして、処理装置２６が、標準偏差σｎを標準偏差のしきい値σｔｈと比較する（Ｓ２６）。標準偏差σｎがしきい値σｔｈよりも大きい場合、レーザ光Ｌ１の照射強度を変更する（Ｓ２７）。すなわち、レーザ光源１１が出力を上げる又は下げる。Ｓ２７において、プローブ光源２１の出力を上げるか、下げるかは、標準偏差σｎと標準偏差σｎ−１ｔの比較結果に応じて決定すればよい。そして、ｎ＝ｎ＋１、すなわちｎをインクリメントして、Ｓ２１からの処理を引き続き行う。標準偏差σｎがしきい値σｔｈ以下の場合、レーザ光Ｌ１の照射強度を維持する（Ｓ２８）。
このようにすることで、レーザ光Ｌ１のＯＥＤを決定することができる。さらに、レーザ光Ｌ１が基板１００に照射されている間に、光検出器２５がプローブ光Ｌ３を検出している。したがって、リアルタイムでレーザ光Ｌ１のエネルギー密度を最適化することができる。すなわち、透過率の標準偏差がしきい値よりσｔｈよりも大きくなった場合、レーザ光源１１が、レーザ光Ｌ１の照射強度を変化させる。これにより、次の領域における透過率の標準偏差を小さくすることができる。よって、高品質のポリシリコン膜を形成することができる。
実施の形態３．
実施の形態３にかかるＥＬＡ装置５００について、図２７、及び図２８を用いて説明する。図２７は、ＥＬＡ装置５００の構成を模式的に示す側面図であり、図２８は平面図である。図２７に示すように、ＥＬＡ装置５００は、ミラー５１２、プロジェクションレンズ５１３、プローブ光源５２１、レンズ５２３、集光レンズ５２４、光検出器５２５、ドアバルブ５４３、チャンバ５５０、定盤５５６、駆動機構５５７、吸着ステージ５５８、プッシャピン５５９等を備えている。
本実施の形態では、プローブ光の光学系の配置、具体的には、プローブ光源５２１、及び光検出器５２５の配置が実施の形態１、２と異なっている。搬送ロボット５０４が基板１００をＥＬＡ装置５００から搬出する際に、プローブ光による検査が行われる。すなわち、レーザ光Ｌ１によるアニール処理が終了した後、プローブ光Ｌ２による検査が行われている。さらに、本実施の形態では、実施の形態２で示したガス浮上ユニット４３ではなく、吸着ステージ５５８が基板１００を保持している。これらの点を除く構成、及び処理は実施の形態１、２のＥＬＡ装置５００と同様であるため説明を省略する。例えば、レーザ光Ｌ１を基板１００に照射するための光学系については、実施の形態１と同様である。また、プローブ光による検査方法についても、実施の形態１、２と同様であるため、説明を省略する。
ＥＬＡ装置５００は、処理室５４１を囲む処理チャンバ５５０を有している。処理チャンバ５５０の内部が処理室５４１となる。処理室５４１は、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気となっている。処理チャンバ５５０の側壁５５１には、搬出口５４１ｂが設けられている。搬出口５４１ｂは、処理チャンバ５５０の＋Ｘ側の端部に設けられている。そして、処理チャンバ５５０の外側には、搬送ロボット５０４が配置されている。搬送ロボット５０４は搬出口５４１ｂを介して、処理室５４１内に進入可能なロボットハンド５０５を有している。
搬出口５４１ｂを介して、搬送ロボット５０４が、搬出位置にある基板１００を搬出する。すなわち、ロボットハンド５０５は、搬出口５４１ｂから処理室５４１に進入して、処理室５４１から処理済みの基板１００を取り出す。図２８に示すように、ロボットハンド５０５が基板１００を＋Ｘ方向に移動させることで、基板１００が搬出口５４１ｂを介して、処理室５４１から搬出される。搬送ロボット５０４は、搬出した基板１００をカセットに搬入する。
なお、搬出口５４１ｂは、搬入口として用いられていてもよい。すなわち、搬送ロボット５０４は、搬出口５４１ｂを介して、処理前の基板１００を搬入してもよい。あるいは、搬出口５４１ｂとは別に処理チャンバ５５０に搬入口が設けられていてもよい。搬出口５４１ｂには、ドアバルブ５４３が設けられている。基板１００の搬出時等には、ドアバルブ５４３が開けられ、レーザ光Ｌ１の照射時には、ドアバルブ５４３が閉じられる。
処理室５４１内には、定盤５５６、駆動機構５５７、及び吸着ステージ５５８が設けられている。定盤５５６は、処理チャンバ５５０内に固定されている。吸着ステージ５５８は、駆動機構５５７を介して、定盤５５６に取り付けられている。図２８に示すように、駆動機構５５７は、吸着ステージ５５８を、Ｘ方向に移動させるＸ軸５５７Ｘと、Ｙ方向に移動させる５５７Ｙとを備えている。実施の形態１で説明したようにレーザ光Ｌ１は、基板１００上でＹ方向を長手方向とするラインビームとなっている。駆動機構５５７は、吸着ステージ５５８をＸ方向に移動させる。これにより、吸着ステージ５５８が基板１００を搬送路に沿って移動させている間に、基板１００にレーザ光Ｌ１を照射することができる。また、駆動機構５５７は、Ｚ軸周りに吸着ステージ５５８を回転させるθ軸を有していてもよい。
吸着ステージ５５８は、基板１００を吸着保持する。また、吸着ステージ５５８には、基板１００を搬入、搬出するためのプッシャピン５５９が設けられている。プッシャピン５５９は昇降可能に設けられている。基板１００の搬入時、又は搬出時において、プッシャピン５５９が上昇することで、ロボットハンド５０５との間での基板１００の受け渡しが行われる。
具体的には、基板１００が吸着ステージ５５８にある状態でプッシャピン５５９が上昇すると、基板１００と吸着ステージ５５８との間に空間が形成される。そして、基板１００と吸着ステージ５５８との間の空間に、ロボットハンド５０５が進入する。ロボットハンド５０５が基板１００の下に進入した状態で、プッシャピン５５９が下降すると、ロボットハンド５０５が基板１００を保持する。
また、プッシャピン５５９が下降している状態で、ロボットハンド５０５が基板１００を吸着ステージ５５８の上に搬送する。そして、プッシャピン５５９が上昇すると、プッシャピン５５９が基板１００を保持する。プッシャピン５５９に基板１００が載せられた状態で、プッシャピン５５９が下降すると、基板１００が吸着ステージ５５８に載せられる。これにより、吸着ステージ５５８が基板１００を吸着可能な状態となる。レーザ光Ｌ１の照射時には、吸着ステージ５５８が基板１００を吸着する。レーザ光Ｌ１の照射が完了すると、吸着ステージ５５８が吸着を解除する。
さらに、処理室５４１内には、プローブ光源５２１、レンズ５２３、集光レンズ５２４、及び光検出器５２５が設けられている。プローブ光源５２１、レンズ５２３、集光レンズ５２４、及び光検出器５２５が、側壁５５１の近傍に配置されている。例えば、プローブ光源５２１、レンズ５２３、集光レンズ５２４、及び光検出器５２５は、側壁５５１の処理室５４１側の面に固定されている。例えば、吸着ステージ５５８が基板搬出位置（最も＋Ｘ側の位置）で停止している状態で、プローブ光源５２１は、プローブ光Ｌ２を出射する。
プローブ光源Ｌ２から出射したプローブ光Ｌ２は、レンズ５２３で集光されて、基板１００に入射する。ロボットハンド５０５が基板１００を搬送している間、プローブ光Ｌ２は、吸着ステージ５５８の外側でポリシリコン膜１０１ｂに照射される。基板１００を透過したプローブ光Ｌ３は、集光レンズ５２４で光検出器５２５に集光される。光検出器５２５は、上記のように、検出信号を処理装置（図示を省略）に出力する。
ロボットハンド５０５が基板１００を搬出口５４１ｂから処理室５４１の外側に搬出する際に、プローブ光Ｌ２による検査を行うことができる。ロボットハンド５０５により吸着ステージ５５８の上の基板１００を搬出することで、プローブ光Ｌ２の照射位置が＋Ｘ方向に変化する。ロボットハンド５０５が基板１００を搬出する間に、基板１００がレンズ５２３と集光レンズ５２４との間を通過する。プローブ光源５２１からのプローブ光Ｌ２は、レンズ５２３によって、基板１００上に集光される。プローブ光Ｌ２は、吸着ステージ５５８の外側に照明領域Ｐ２を形成している（図２８参照）。なお、プローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２は、Ｙ方向に延びたライン状となっているが、点状であってもよい。
基板１００のポリシリコン膜１０１ｂを通過したプローブ光Ｌ３は、集光レンズ５２４によって光検出器５２５に集光される。ロボットハンド５０５による基板１００の搬出中に、光検出器５２５がプローブ光Ｌ３を検出する。すなわち、ロボットハンド５０５が基板１００を搬出口５４１ｂから搬出するために、ロボットハンド５０５は、基板１００を＋Ｘ方向に移動させる。基板１００が＋Ｘ方向に移動している間に、光検出器５２５がプローブ光Ｌ３を検出する。このようにすることで、図２８に示すように、基板１００の検査ラインＩＬにおけるポリシリコン膜１０１ｂの透過率を測定することができる。なお、ロボットハンド５０５は、基板１００を＋Ｘ方向に移動しているため、検査ラインＩＬは、Ｘ方向を長手方向とする帯状又は線状になる。
アニール用のレーザ光Ｌ１は、Ｙ方向を長手方向とするライン状の照射領域Ｐ１を形成している（図３参照）。一方、ロボットハンド５０５は、Ｘ方向に基板１００を移動している。したがって、プローブ光による検査時には、基板１００が照射領域Ｐ１の短手方向に沿って走査される。このようにすることで、ショットムラを適切に評価することができる。
ガス浮上ユニットと異なり、吸着ステージ５５８では、プローブ光の光路を設けることが困難になる場合がある。このような吸着ステージ５５８を用いた場合であっても、本実施の形態の構成によれば、光検出器５２５が基板１００を透過したプローブ光Ｌ３を検出することができる。よって、基板１００を適切に検査することができる。検出値の標準偏差や平均値に基づいて、異常と判定された場合、再度基板１００をＥＬＡ装置５００に搬入して、レーザ光Ｌ１を再照射する。例えば，ショットムラの箇所のみ、あるいは基板１００の全体にレーザ光Ｌ１を再照射してもよい。これにより、歩留まりを向上することができる。
搬出口５４１ｂと吸着ステージ５５８との間のＸ位置において、レンズ５２３がプローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２を形成する。ロボットハンド５０５による基板搬出工程では、基板１００よりも長い距離、基板１００が移動する。基板１００が搬送されるＸ方向において、基板１００全体に検査ラインＩＬが形成される。検査ラインＩＬにおける透過率を評価することで、ポリシリコン膜１０１ｂの結晶状態を評価することができる。また、基板搬出工程において、検査を行うことができるため、検査を行うためだけに基板１００を搬送しなくてもよい。これにより、タクトタイムの増加を防ぐことができる。また、プローブ光源５２１、レンズ５２３、集光レンズ５２４、光検出器５２５が、側壁５５１の近傍に取り付けられている。よって、光学系を設けるためのスペースの増加を抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、図２８に示すように、プローブ光Ｌ２の照明領域Ｐ２が基板１００の２箇所に形成されている。すなわち、Ｙ方向に離れた２箇所におけるプローブ光Ｌ２を同時に照射している。これにより、基板１００の２箇所の透過率を同時に測定することができる。このようにすることで、より信頼性の高い評価を行うことができる。
例えば、基板にパーティクルがある場合、パーティクル箇所では透過率が大きく低下した異常値が検出されてしまう。このような異常値が検出されると、検出値の標準偏差は大きく影響を受けてしまう。しかしながら、異常値が、パーティクルによるものなのか、結晶状態によるものなのかを判別することは困難である。そこで、本実施の形態のように、プローブ光Ｌ２を離れた２箇所以上に照射することで、パーティクルに起因する異常値の影響を排除することができる。すなわち、同じＸ位置において、１箇所でのみ異常値が検出されている場合はパーティクルによるものであり、２箇所で異常値が検出されている場合は、ショットムラによるものであると判別することができる。よって、パーティクルに起因する異常値を取り除いて、標準偏差を求めることで、より信頼性の高い評価を行うことができる。
なお、上記の説明では、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の短手方向に沿って、ロボットハンド５０５が基板１００を搬送する構成について説明したが、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の短手方向と、ロボットハンド５０５の搬送方向は同じ方向でなくてもよい。例えば、レーザ光Ｌ１を照射する前に、吸着ステージ５５８がＺ軸回り（θ方向）に９０°回転させることがある。あるいは、搬出口５４１の位置によって、ロボットハンド５０５がＹ方向に基板１００を移動させることもある。このような場合、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の短手方向と、ロボットハンド５０５の搬送方向が直交する。すなわち、検査ラインＩＬがレーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の長手方向と平行になる。
このような場合、レーザ光Ｌ１のショットムラではなく、スキャンムラを評価することができる。なお、スキャンムラとは、レーザ起因ではなく、光学系起因のムラであり、オプティクスムラとも称される。具体的には、レーザ光Ｌ１の光学系に含まれる光学素子にパーティクルなどがあると、照射領域Ｐ１の一部に影が生じる。この影が生じた箇所では、検出光量が低下するため、異常値が検出されてしまう。影は、照射領域Ｐ１における同じ位置に生じるため、照射領域Ｐ１の短手方向と平行なラインに沿って異常値が検出されてしまう。よって、基板１００によらず、同じ位置のラインに異常値が生じる場合、スキャンムラがあることが分かる。なお、スキャンムラと、ショットムラの両方を評価する場合、吸着ステージを０度としてレーザ照射した基板と、吸着ステージを９０度回転した状態でレーザ照射した基板とを評価すればよい。
なお、ロボットハンド５０５による基板１００の搬出時に、基板１００が撓んで、上下することがある。基板１００が上下すると、基板１００における照明領域Ｐ２の大きさが変化してしまう。すなわち、レンズ５２３によるプローブ光Ｌ２の焦点に基板１００があるときは、照明領域Ｐ２が最も小さくなるが、基板１００が焦点から離れるほど、照明領域Ｐ２が大きくなる。
図２９に、焦点のＺ位置を０とした場合の、Ｚ位置に対するプローブ光Ｌ２のサイズを示す。図２９は、波長４０５ｎｍ、サイズ４ｍｍのプローブ光Ｌ２をｆ３００ｍｍのレンズ５２３で集光したときのシミュレーション結果を示している。横軸がＺ位置であり、縦軸がプローブ光Ｌ２のサイズを示している。図２９では、プローブ光Ｌ２のサイズが焦点で３８μｍ程度となっている。そして、Ｚ位置が±２ｍｍずれた場合、プローブ光Ｌ２のサイズが４７μｍとなっており、実用上の問題はない。すなわち、４７μｍのサイズのプローブ光Ｌ２が基板１００を通過したとしても、集光レンズ５２４によって、基板１００を透過したプローブ光Ｌ３が光検出器５２５で検出される。
（プローブ光の光学系）
次に，実施の形態３にかかるＥＬＡ装置におけるプローブ光の光学系の構成について，説明する。図３０〜図３２は、プローブ光Ｌ２の光学系の構成を示す図である。図３０〜図３２には、プローブ光Ｌ２により基板１００を照明して、基板１００を透過したプローブ光Ｌ３を検出するための光学系がそれぞれ示されている。
〈光学系５０１〉
図３０は、光学系の一例（光学系５０１とする）を示す模式図である。光学系５０１は、プローブ光源５２１と、片側エキスパンダ５２６と、レンズ５２３と、ミラー５２２と、ミラー５２９と、コリメーションレンズ５２８と、集光レンズ５２４と、光検出器５２５と、を備えている。
プローブ光源５２１は、波長４０５ｎｍのプローブ光Ｌ２を発生する。プローブ光源５２１からのプローブ光Ｌ２は、片側エキスパンダ５２６に入射する。片側エキスパンダ５２６は、２枚のレンズを有しており、Ｙ方向のビーム径を拡大する。なお、ロボットハンド５０５による基板１００の搬送方向は、Ｘ方向となっている。片側エキスパンダ５２６からのプローブ光Ｌ２は、レンズ５２３、及びミラー５２２を介して、基板１００に照射される。なお、レンズ５２３は、シリンドリカルレンズであり、Ｘ方向にプローブ光Ｌ２を集光する。よって、基板１００上において、プローブ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を短手方向とするライン状の照明領域を形成している。
基板１００を透過したプローブ光Ｌ３は、ミラー５２９で反射されて、コリメーションレンズ５２８に入射する。コリメーションレンズ５２８は、プローブ光Ｌ３を平行光束にする。コリメーションレンズ５２８を通過したプローブ光Ｌ３は、集光レンズ５２４に入射する。集光レンズ５２４は、プローブ光Ｌ３を光検出器５２５の受光面に集光する。また、光検出器５２５には、バンドパスフィルタ５２５ａが設けられている。バンドパスフィルタ５２５ａは、波長４０５ｎｍの光を透過する。これにより、プローブ光の波長以外の波長の迷光が光検出器５２５に入射するのを防ぐことができる。
この光学系５０１によれば、適切に結晶状態を評価することができる。また、光学系５０１には、レンズ５２３の焦点を確認するためのカメラ５３０が設けられていてもよい。カメラ３０は、プローブ光Ｌ２の照明領域、及びその周辺を撮像する。カメラ５３０の画像によって、焦点を調整することができる。カメラ５３０は、光学系５０１を設置時のみに設けられていてもよい。
〈光学系５０２〉
図３１は、プローブ光の光学系の別の一例（光学系５０２とする）を示す模式図である。光学系５０２は、基板１００を２回通過したプローブ光を検出するための構成を有している。光学系５０２は、プローブ光源５２１と、片側エキスパンダ５２６と、レンズ５２３と、ミラー５２２と、ミラー５３１、コリメーションレンズ５３２、集光レンズ５３３、ミラー５３４、ミラー５２９と、コリメーションレンズ５２８と、集光レンズ５２４と、光検出器５２５と、を備えている。
プローブ光源５２１は、波長４０５ｎｍのプローブ光Ｌ２を発生する。プローブ光源５２１からのプローブ光Ｌ２は、片側エキスパンダ５２６に入射する。片側エキスパンダ５２６は、２枚のレンズを有しており、Ｙ方向のビーム径を拡大する。片側エキスパンダ５２６からのプローブ光Ｌ２は、レンズ５２３、及びミラー５２２を介して、基板１００に照射される。なお、レンズ５２３は、シリンドリカルレンズであり、Ｘ方向にプローブ光Ｌ２を集光する。よって、基板１００上において、ミラー５２２で反射したプローブ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を短手方向とするライン状の照明領域を形成している。
基板１００を透過したプローブ光Ｌ２は、ミラー５３１で反射されて、コリメーションレンズ５３２に入射する。コリメーションレンズ５３２は、プローブ光Ｌ２を平行光束にする。コリメーションレンズ５３２からのプローブ光Ｌ２は、集光レンズ５３３、及びミラー５３４を介して、基板１００に入射する。なお、集光レンズ５３３は、シリンドリカルレンズであり、Ｘ方向にプローブ光Ｌ２を集光する。よって、基板１００上において、ミラー５３４で反射したプローブ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を短手方向とするライン状の照明領域を形成している。
基板１００を透過したプローブ光Ｌ３は、ミラー５２９で反射されて、コリメーションレンズ５２８に入射する。コリメーションレンズ５２８は、プローブ光Ｌ３を平行光束にする。コリメーションレンズ５２８を通過したプローブ光Ｌ３は、集光レンズ５２４に入射する。集光レンズ５２４は、プローブ光Ｌ３を光検出器５２５の受光面に集光する。また、光検出器５２５には、バンドパスフィルタ５２５ａが設けられている。バンドパスフィルタ５２５ａは、波長４０５ｎｍの光を透過する。これにより、プローブ光の波長以外の波長の迷光が光検出器５２５に入射するのを防ぐことができる。
このように、光学系５０２では、光検出器５２５が、ポリシリコン膜１０１ｂを２回通過したプローブ光Ｌ３を検出している。これにより、透過率のムラを強調することができる。よって、適切に結晶状態を評価することができる。
また、基板１００上において、レンズ５２３による焦点と、集光レンズ５３３による焦点は、Ｙ方向にずれている。すなわち、ロボットハンド５０５による搬送方向がＸ方向の場合、プローブ光Ｌ２は、異なるＹ位置、かつ同じＸ位置で、基板１００を２回通過している。これにより、ショットムラが強調されるため、より適切に結晶状態を評価することができる。もちろん、プローブ光がポリシリコン膜１０１ｂを３回以上通過するように光学系５０２を構成してもよい。例えば、プローブ光がポリシリコン膜１０１ｂを３回以上通過するように、ミラーやレンズを追加することができる。
また、プローブ光Ｌ２が１回目に基板１００を通過する位置と、２回目に通過する位置は、Ｙ方向に離れている。したがって、パーティクルの影響を低減することができる。例えば、１回目の通過箇所にパーティクルが付着している場合でも、２回目の通過箇所にはパーティクルが付着していない。よって、パーティクルによる透過率の低下の影響を低減することができる。よって、適切に結晶状態を評価することができる。
光学系５０２には、レンズ５２３、集光レンズ５３３の焦点を確認するためのカメラ５３０ａ、５３０ｂがそれぞれ設けられていてもよい。カメラ５３０ａ、５３０ｂは、プローブ光Ｌ２の照明領域、及びその周辺をそれぞれ撮像する。カメラ５３０ａ、５３０ｂの画像によって、焦点を調整することができる。カメラ５３０ａ、５３０ｂは、光学系５０２を設置のみに設けられていてもよい。
〈光学系５０３〉
図３２は、プローブ光の光学系の別の一例（光学系５０３とする）を示す模式図である。光学系５０３は、基板１００を２回通過したプローブ光を検出するための構成を有している。さらに、光学系３０３では、基板１００の同じ位置をプローブ光Ｌ２が２回通過する。光学系５０３は、プローブ光源５２１と、片側エキスパンダ５２６と、偏光板５３６、レンズ５２３と、ビームスプリッタ５３７と、集光レンズ５３３、１／４波長板５３８、ミラー５３９、コリメーションレンズ５２８、集光レンズ５２４と、光検出器５２５と、を備えている。
プローブ光源５２１は、波長４０５ｎｍのプローブ光Ｌ２を発生する。プローブ光源５２１からのプローブ光Ｌ２は、片側エキスパンダ５２６に入射する。片側エキスパンダ５２６は、Ｙ方向のビーム径を拡大する。片側エキスパンダ５２６からのプローブ光Ｌ２は、偏光板５３６、レンズ５２３、及びビームスプリッタ５３７を介して、基板１００に照射される。偏光板５３６は、プローブ光Ｌ２を第１の方向に沿った直線偏光とする。ビームスプリッタ５３７は、例えば、偏向ビームスプリッタであり、第１の方向に沿った直線偏光を反射し、第１の方向と直交する第２の方向に沿った直線偏光を透過する。よって、ビームスプリッタ５３７は、プローブ光Ｌ２を基板１００に向けて反射する。
レンズ５２３は、シリンドリカルレンズであり、Ｘ方向にプローブ光Ｌ２を集光する。よって、基板１００上において、プローブ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を短手方向とするライン状の照明領域を形成している。
基板１００を透過したプローブ光Ｌ２は、シリンドリカルレンズである集光レンズ５３３に入射する。集光レンズ５３３は、基板１００からのプローブ光Ｌ２を平行光束とするコリメーションレンズとして機能する。集光レンズ５３３からのプローブ光Ｌ２は、１／４波長板５３８を介して、ミラー５３９で反射される。ミラー５３９は、全反射ミラーであり、１／４波長板５３８を透過したプローブ光Ｌ２を、再度１／４波長板５３８に入射させる。プローブ光Ｌ２が１／４波長板５３８を２回通過するため、直線偏光が９０度回転する。よって、１／４波長板５３８から基板１００に向かうプローブ光Ｌ２は、第２の方向に沿った直線偏光となっている。
１／４波長板５３８を２回通過したプローブ光Ｌ２は、集光レンズ５３３によって、基板１００上に集光される。上記のように、基板１００上において、プローブ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を短手方向とするライン状の照明領域を形成している。基板１００を透過したプローブ光Ｌ３は、ビームスプリッタ５３７に入射する。上記のように、プローブ光Ｌ３は、第２の方向に沿った直線偏光となっているため、ビームスプリッタ５３７を透過する。ビームスプリッタ５３７を透過したプローブ光Ｌ３は、コリメーションレンズ５２８に入射する。
コリメーションレンズ５２８は、プローブ光Ｌ３を平行光束にする。コリメーションレンズ５２８を通過したプローブ光Ｌ３は、集光レンズ５２４に入射する。集光レンズ５２４は、プローブ光Ｌ３を光検出器５２５の受光面に集光する。また、光検出器５２５には、バンドパスフィルタ５２５ａが設けられている。バンドパスフィルタ５２５ａは、波長４０５ｎｍの光を透過する。これにより、プローブ光の波長以外の波長の迷光が光検出器５２５に入射するのを防ぐことができる。
このように、光学系５０３では、光検出器５２５が、ポリシリコン膜１０１ｂを２回通過したプローブ光Ｌ３を検出している。これにより、透過率のムラを強調することができる。また、基板１００上において、レンズ５２３による焦点位置と、集光レンズ５３３による焦点位置は、同じ位置となっている。これにより、ショットムラが強調されるため、より適切に結晶状態を評価することができる。
なお、光学系５０３では、プローブ光Ｌ２が基板１００の同じ位置を２回通過している。光学系５０３には、レンズ５２３、集光レンズ５３３の焦点を確認するためのカメラ５３０がそれぞれ設けられていてもよい。カメラ５３０は、プローブ光Ｌ２の照明領域、及びその周辺をそれぞれ撮像する。カメラ５３０の画像によって、焦点を調整することができる。カメラ５３０は、光学系５０３を設置時のみに設けられていてもよい。
図３３は、光検出器５２５によって取得した検出信号の平均値とその標準偏差を示すグラフである。図３３では、エネルギー密度を４００〜４３５ｍＪ／ｃｍ２の範囲で、５ｍＪ／ｃｍ２刻みで変化させていったときの測定結果を示している。エネルギー密度が４２０ｍＪ／ｃｍ２、及び４２５ｍＪ／ｃｍ２の場合、検出信号の平均値が低くなっている。よって、ＯＥＤは、４２０ｍＪ／ｃｍ２、及び４２５ｍＪ／ｃｍ２のいずれかとなることが分かる。
しかしながら、４２０ｍＪ／ｃｍ２、及び４２５ｍＪ／ｃｍ２の場合の平均値は同程度であるため、平均値からではＯＥＤを求めることが困難である。一方、４２０ｍＪ／ｃｍ２の標準偏差は、４２５ｍＪ／ｃｍ２の標準偏差よりも小さくなっている。よって、４２０ｍＪ／ｃｍ２をＯＥＤとすることができる。このように、検出地の平均値及び標準偏差を用いることで、適切にＯＥＤを決定することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ レーザアニール装置
１１ レーザ光源
１２ ミラー
１３ プロジェクションレンズ
２１ プローブ光源
２２ ミラー
２３ レンズ
２４ 集光レンズ
２５ 光検出器
２６ 処理装置
１００ 基板
１０１ シリコン膜
３００ 有機ＥＬディスプレイ
３１０ 基板
３１１ ＴＦＴ層
３１１ａ ＴＦＴ
３１２ 有機層
３１２ａ 有機ＥＬ発光素子
３１２ｂ 隔壁
３１３ カラーフィルタ層
３１３ａ カラーフィルタ（ＣＦ）
３１４ 封止基板
４０１ ガラス基板
４０２ ゲート電極
４０３ ゲート絶縁膜
４０４ アモルファスシリコン膜
４０５ ポリシリコン膜
４０６ 層間絶縁膜
４０７ａ ソース電極
４０７ｂ ドレイン電極
４０８ 平坦化膜
４０９ 画素電極
４１０ ＴＦＴ
ＰＸ 画素

Claims (26)

  1. （Ａ）基板上の非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するよう、前記非晶質膜にレーザ光を照射するステップと、
    （Ｂ）前記結晶化膜にプローブ光を照射するステップと、
    （Ｃ）前記結晶化膜を透過したプローブ光を光検出器で検出するステップと、
    （Ｄ）前記結晶化膜に対する前記プローブ光の照射位置を変えていき、前記光検出器からの検出信号の検出値を複数取得するステップと、
    （Ｅ）複数の前記検出値の標準偏差に基づいて、前記結晶化膜の結晶状態を判定するステップと、を備えた結晶化膜付き基板の検査方法。
  2. 前記（Ｅ）のステップでは、
    前記標準偏差を閾値と比較して、
    前記標準偏差が閾値よりも小さい場合に、良品と判定し、
    前記標準偏差が閾値以上の場合に、不良品と判定する請求項１に記載の検査方法。
  3. 前記（Ｅ）のステップでは、さらに、複数の前記検出値の平均値に基づいて、前記結晶状態を判定する請求項１、又は２に記載の検査方法。
  4. プロジェクションレンズによって、前記レーザ光が前記非晶質膜においてライン状の照射領域を形成しており、
    前記光検出器が、前記プロジェクションレンズを通過した前記プローブ光を検出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査方法。
  5. 前記プローブ光が前記結晶化膜において、ライン状の照明領域を形成し、
    前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を集光レンズによって前記光検出器に集光する請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
  6. 前記（Ｄ）のステップでは、前記レーザ光と前記プローブ光が前記基板に同時に照射された状態で、前記レーザ光の照射位置と前記プローブ光の照射位置を変えていくよう、前記基板を搬送する請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査方法。
  7. 前記（Ａ）のステップでは、ステージの上に配置された前記基板を移動しながら、前記レーザ光が前記非晶質膜に照射され、
    前記（Ｂ）のステップでは、前記ステージの外側において、前記プローブ光が前記非晶質膜に照射され、
    前記（Ｄ）のステップでは、ロボットハンドにより前記ステージ上の前記基板を搬出することで、前記プローブ光の照射位置が変化する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査方法。
  8. 前記（Ｃ）のステップでは、前記光検出器が前記結晶化膜を２回以上通過した前記プローブ光を検出する請求項７に記載の検査方法。
  9. （ａ）基板上に非晶質膜を形成するステップと、
    （ｂ）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するよう、前記非晶質膜にレーザ光を照射するステップと、
    （ｃ）前記結晶化膜にプローブ光を照射するステップと、
    （ｄ）前記結晶化膜を透過したプローブ光を光検出器で検出するステップと、
    （ｅ）前記結晶化膜に対する前記プローブ光の照射位置を変えていき、前記光検出器から出力される検出信号の検出値を複数取得するステップと、
    （ｆ）複数の前記検出値の標準偏差に基づいて、前記結晶化膜の結晶状態を判定するステップと、
    （ｇ）前記結晶状態の判定結果に応じて、前記結晶化膜に前記レーザ光を再度照射するステップと、を備えた半導体装置の製造方法。
  10. 前記（ｆ）のステップでは、
    前記標準偏差を閾値と比較して、
    前記標準偏差が閾値よりも小さい場合に、良品と判定し、
    前記標準偏差が閾値以上の場合に、不良品と判定する請求項９に記載の製造方法。
  11. 前記（ｆ）のステップでは、さらに、複数の前記検出値の平均値に基づいて、前記結晶状態を判定する請求項９、又は１０に記載の製造方法。
  12. 前記レーザ光がプロジェクションレンズによって、前記非晶質膜においてライン状の照射領域を形成しており、
    前記光検出器が、前記プロジェクションレンズを通過した前記プローブ光を検出する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
  13. 前記プローブ光が前記結晶化膜において、ライン状の照明領域を形成し、
    前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を集光レンズによって前記光検出器に集光する請求項９〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。
  14. 前記（ｅ）のステップでは、前記レーザ光と前記プローブ光が前記基板に同時に照射された状態で、前記レーザ光の照射位置と前記プローブ光の照射位置を変えていく請求項９〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
  15. 前記（ｂ）のステップでは、ステージの上に配置された前記基板を移動しながら、前記レーザ光が前記非晶質膜に照射され、
    前記（ｃ）のステップでは、前記ステージの外側において、前記プローブ光が前記非晶質膜に照射され、
    前記（ｅ）のステップでは、ロボットハンドにより前記ステージ上の前記基板を搬出することで、前記プローブ光の照射位置が変化する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
  16. 前記（ｄ）のステップでは、前記光検出器が前記結晶化膜を２回以上通過した前記プローブ光を検出する請求項１５に記載の製造方法。
  17. 基板上の非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光を集光して前記非晶質膜に照射するプロジェクションレンズと、
    プローブ光を出射するプローブ光源と、
    前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を検出する光検出器と、
    前記基板に対する前記レーザ光の照射位置を変えていくよう、前記基板を搬送する搬送路と、
    前記基板に対する前記プローブ光の照射位置を変えていき、前記光検出器から出力される検出信号の検出値の標準偏差を求め、前記標準偏差に基づいて前記結晶化膜の結晶状態を判定する処理部と、を備えたレーザアニール装置。
  18. 前記処理部は前記標準偏差を閾値と比較し、
    前記標準偏差が閾値よりも小さい場合に、良品と判定し、
    前記標準偏差が閾値以上の場合に、不良品と判定する請求項１７に記載のレーザアニール装置。
  19. 前記処理部が、前記検出値の平均値に基づいて、前記結晶状態を判定する請求項１７、又は１８に記載のレーザアニール装置。
  20. 前記プロジェクションレンズによって、前記レーザ光が前記非晶質膜においてライン状の照射領域を形成しており、
    前記光検出器が、前記プロジェクションレンズを通過した前記プローブ光を検出する請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  21. 前記プローブ光が前記結晶化膜において、ライン状の照明領域を形成するシリンドリカルレンズと、
    前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を前記光検出器に集光する集光レンズをさらに備える請求項１７〜２０のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  22. 前記レーザ光と前記プローブ光が前記基板に同時に照射された状態で、前記搬送路が前記基板を搬送する請求項１７〜２１のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  23. 前記搬送路には、前記基板にガスを噴出することで前記基板を浮上させるガス浮上ユニットが設けられている請求項１７〜２２のいずれか1項に記載のレーザアニール装置。
  24. 前記基板を保持するステージをさらに備え、
    前記ステージを移動することで、前記搬送路に沿って、前記基板が搬送され、
    前記レーザアニール装置には、前記ステージ上から前記基板を搬出するための搬送ロボットが進入する搬出口が設けられており、
    前記搬送ロボットが前記基板を前記ステージから搬出することで、前記基板に対する前記プローブ光の照射位置を変えられていく請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  25. 前記光検出器が前記結晶化膜を２回以上通過した前記プローブ光を検出する請求項２４に記載のレーザアニール装置。
  26. 基板上の非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光を集光して前記非晶質膜に照射するプロジェクションレンズと、
    前記基板に対する前記レーザ光の照射位置を変えていくよう、前記基板を搬送するステージと、
    プローブ光を出射するプローブ光源と、
    搬送ロボットが前記ステージから前記基板を取り出している間に、前記ステージの外側において前記結晶化膜を透過した前記プローブ光を検出する光検出器と、
    前記光検出器から出力される検出信号に基づいて前記結晶化膜の結晶状態を判定する処理部と、を備えたレーザアニール装置。
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