JP7525989B2 - レーザ処理装置及びレーザ光モニタ方法 - Google Patents
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Description
まず、実施の形態1に係るレーザ処理装置及びレーザ光モニタ方法について説明する。実施の形態1に係るレーザ処理装置は、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。
図1を用いて、本実施の形態に係るELA装置1の構成について説明する。図1は、ELA装置1の構成を示す図である。ELA装置1は、レーザ光L3を基板200上に形成されたシリコン膜201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)201を多結晶のシリコン膜(ポリシリコン膜:p-Si膜)201に変換することができる。基板200は、例えば、ガラス基板などの透明基板である。
ここで、本実施の形態の理解を深めるため、図5及び図6を用いて、本実施の形態適用前の比較例のパルス計測器900の構成について説明する。図5は、パルス計測器900の概略構成を示す側面図であり、図6は、パルス計測器900の概略構成を示す斜視図である。図5及び図6に示すようにパルス計測器900は、光検出器901と集光レンズ902とを備えている。
図7及び図8を用いて、本実施の形態に係るパルス計測器100の構成について説明する。図7は、パルス計測器100の概略構成を示す側面図であり、図8は、パルス計測器100の概略構成を示す斜視図である。図7及び図8に示すようにパルス計測器100は、複数の光検出器101と複数の集光レンズ102とを備えている。例えば、光検出器101は、バイプラナ管やフォトダイオードであり、集光レンズ102は、シリンドリカルレンズである。
図9を用いて、本実施の形態に係るELA装置1で実施されるパルス波形モニタ方法について説明する。図9は、本実施の形態に係るパルス波形モニタ方法を示すフローチャートである。例えば、このパルス波形モニタ方法は、ELA装置1における半導体装置の製造工程とは別に実施される。半導体装置の製造工程は、複数の半導体装置を1セットとして、セットごとに繰り返し実施される。一つ前のセットの製造工程と次のセットの製造工程との間において、ELA装置1を計測モードとして、本実施の形態に係るパルス波形モニタ方法を実施する。これにより、半導体装置の製造工程において半導体膜にムラが生じる前に、レーザ光の空間的ばらつきを検出することができるため、事前に半導体膜のムラの発生を抑えることができる。
図11~図13を用いて、比較例のパルス計測器900を用いた場合と本実施の形態に係るパルス計測器100を用いた場合の計測結果について説明する。図11~図13は、パルス繰り返し周波数50Hz、300Hz、500Hzの計測結果である。図11は、各周波数におけるパルス波形を示し、図12は、パルス波形の第1のピークP1の分散値(σ)を示し、図13は、パルス波形の面積A1(エネルギー)の分散値(σ)を示している。
以上のように、本実施の形態では、レーザアニール装置において、被処理体に照射するレーザ光の空間的ばらつきをモニタし、空間的ばらつきに応じてレーザ光を制御するようにした。これにより、形成される半導体膜のムラと相関し得るレーザ光を検出することができ、半導体膜にムラが生じることを抑えることができる。また、レーザ発振器の個体差に応じて、照射するレーザ光を最適化することができる。さらに、パルス計測器において、レーザ光に含まれる複数のビーム群(もしくはビーム)ごとの強度を検出することにより、確実に空間的ばらつきを検出することができる。例えば、複数の光検出器を備えることにより、複数のビーム群の強度を同時に検出することができる。
次に、実施の形態2について説明する。本実施の形態では、実施の形態1と比べてELA装置に備えられたパルス計測器の構成のみが異なる。本実施の形態に係るパルス計測器は、スリットにより選択されたビームを1つの光検出器により計測する。その他については、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
図14~図18を用いて、本実施の形態に係るパルス計測器100の構成について説明する。図14は、パルス計測器100の概略構成を示す側面図であり、図15は、パルス計測器100の概略構成を示す斜視図であり、図16は、パルス計測器100におけるスリットの正面図である。図17及び図18は、パルス計測器100において、他のスリットの状態を示す側面図である。
なお、本実施の形態では、実施の形態1と同様にレーザ光を分割したビームを光検出器により検出してもよいし、スリットを介して、分割していない(もしくは分割前の)レーザ光を検出してもよい。図19は、分割していないレーザ光(Raw beam)を計測する変形例のパルス計測器100の構成を示している。図19に示すように、変形例のパルス計測器100は、図14で示した本実施の形態のパルス計測器100と同じ構成である。
以上のように、本実施の形態では、ELA装置のパルス計測器において、計測する光を選択するスリットを備えることとした。これにより、実施の形態1と同様に、レーザ光の空間的ばらつきをモニタすることができる。例えば、可動式のスリットを使用することで、計測する光を任意に選択することができるため、1つの検出器により複数の空間における光を検出することができる。配置する光検出器の数に制約がある場合でも、確実にレーザ光の空間的ばらつきをモニタすることが可能である。
次に、実施の形態3について説明する。本実施の形態では、実施の形態1及び2と比べてELA装置に備えられたパルス計測器の構成のみが異なる。本実施の形態に係るパルス計測器は、スリットにより選択されたビームを複数の光検出器により計測する。その他については、実施の形態1及び2と同様であるため説明を省略する。
図20~図22を用いて、本実施の形態に係るパルス計測器100の構成について説明する。図20は、パルス計測器100の概略構成を示す側面図であり、図21は、パルス計測器100の概略構成を示す斜視図であり、図22は、パルス計測器100におけるスリットの正面図である。
以上のように、本実施の形態では、ELA装置のパルス計測器において、実施の形態2と同様に計測する光を選択するスリットを備えることとした。これにより、実施の形態1及び2と同様に、レーザ光の空間的ばらつきをモニタすることができる。例えば、固定式のスリットに、計測する複数の光にそれぞれ対応した開口部を設けることにより、スリットを駆動させる駆動機構を備えることなく、複数の空間の光を検出することができる。また、実施の形態1と同様に複数の光検出器を備えることより、レーザ光の複数の光を同時に検出することができる。なお、本実施の形態のパルス計測器は、変形例の図19と同様に、分割していないレーザ光を計測することも可能である。
次に、その他の実施の形態として、上記実施の形態に係るELA装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。以下の半導体装置の製造方法のうち、非晶質の半導体膜を結晶化させる工程において、実施の形態1~実施の形態3に係るELA装置を用いたアニール処理を実施している。
図23から図27は、半導体装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。上記で説明した実施の形態に係るELA装置は、TFTアレイ基板の製造に好適である。以下、TFTを有する半導体装置の製造方法について説明する。
2 アニール光学系
10 レーザ発振器
11、12 共振器ミラー
20 入力光学系
21、22 反射ミラー
30 ビーム整形器
40 落射ミラー
50 レーザ照射室
51 ステージ
52 ベース
60 モニタ装置
70 制御装置
91 ガラス基板
92 ゲート電極
93 ゲート絶縁膜
94 アモルファスシリコン膜
95 ポリシリコン膜
96 層間絶縁膜
97a ソース電極
97b ドレイン電極
100 パルス計測器
101、101a、101b、101c 光検出器
102、102a、102b、102c 集光レンズ
103 スリット
103a、103b、103d 遮光板
103c、103e、103f、103g 開口部
104 エアーシリンダー
104a、104b 駆動部
200 基板
201 シリコン膜
201a アモルファスシリコン膜
201b ポリシリコン膜
Claims (15)
- 被処理体に照射するためのレーザ光を発生させるレーザ発生装置と、
前記レーザ光に含まれる第1の部分光及び第2の部分光を検出する光検出装置と、
前記第1の部分光の検出結果と前記第2の部分光の検出結果とを比較するモニタ部と、を備え、
前記レーザ光は、基板上を走査し、前記基板上の非結晶膜を結晶化して結晶化膜を形成するためのラインビームであって、前記走査方向と直交する方向に延びるラインビームを含み、
前記第1の部分光及び第2の部分光は、前記ラインビームの断面における短手方向に並ぶ第1の部分及び第2の部分の光を含み、
前記光検出装置は、
前記第1の部分光を検出する第1の光検出器と、
前記第2の部分光を検出する第2の光検出器と、を備え、
前記モニタ部は、前記第1の光検出器により検出した前記第1の部分光の波形と前記第2の光検出器が検出した前記第2の部分光の波形とを比較する、
レーザ処理装置。 - 前記レーザ光は、ガスレーザ光である請求項1に記載のレーザ処理装置。
- 前記レーザ光は、エキシマレーザ光である請求項2に記載のレーザ処理装置。
- 前記レーザ光を複数の分割ビームに分割する光学系をさらに備え、
前記光検出装置は、前記第1及び第2の部分光として、前記複数の分割ビームに含まれる第1の分割ビーム及び第2の分割ビームを検出する請求項1~3のいずれか1項に記載のレーザ処理装置。 - 前記光検出装置は、前記第1及び第2の部分光として、前記複数の分割ビームに含まれる第1の分割ビーム群及び第2の分割ビーム群を検出する請求項4に記載のレーザ処理装置。
- 前記光検出装置は、
前記第1の部分光を第1の光検出器に集光する第1の集光レンズと、
前記第2の部分光を第2の光検出器に集光する第1の集光レンズとを備える請求項1~5のいずれか1項に記載のレーザ処理装置。 - 前記光検出装置は、前記第1の部分光及び前記第2の部分光を透過するスリットをさらに備える請求項1~6のいずれか1項に記載のレーザ処理装置。
- 前記モニタ部は、前記波形の評価パラメータの差を求める請求項1~7のいずれか1項に記載のレーザ処理装置。
- 前記評価パラメータは、前記波形のピーク値又はエネルギーを含む請求項8に記載のレーザ処理装置。
- 前記モニタ部は、前記波形の評価パラメータの統計値の差を求める請求項8又は9に記載のレーザ処理装置。
- 前記統計値は、分散値、平均値、最小値、又は最大値を含む請求項10に記載のレーザ処理装置。
- 前記比較した結果に基づいて、前記レーザ発生装置における前記レーザ光の発生条件を制御する制御部をさらに備える請求項1~11のいずれか1項に記載のレーザ処理装置。
- 前記制御部は、前記レーザ発生装置が有する共振器ミラーの角度を制御する請求項12に記載のレーザ処理装置。
- (A)被処理体に照射するためのレーザ光を発生させるステップと、
(B)前記レーザ光に含まれる第1の部分光及び第2の部分光を検出するステップと、
(C)前記第1の部分光の検出結果と前記第2の部分光の検出結果とを比較するステップと、を備え、
前記レーザ光は、基板上を走査し、前記基板上の非結晶膜を結晶化して結晶化膜を形成するためのラインビームであって、前記走査方向と直交する方向に延びるラインビームを含み、
前記第1の部分光及び第2の部分光は、前記ラインビームの断面における短手方向に並ぶ第1の部分及び第2の部分の光を含み、
前記(B)では、
第1の光検出器により前記第1の部分光を検出し、
第2の光検出器により前記第2の部分光を検出し、
前記(C)では、前記第1の光検出器により検出した前記第1の部分光の波形と前記第2の光検出器が検出した前記第2の部分光の波形とを比較する、
レーザ光モニタ方法。 - (D)前記比較した結果に基づいて、前記レーザ光の発生条件を制御するステップをさらに備える請求項14に記載のレーザ光モニタ方法。
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