KR20220062357A - 레이저 처리 장치 및 레이저 광 모니터 방법 - Google Patents

레이저 처리 장치 및 레이저 광 모니터 방법 Download PDF

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KR20220062357A
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laser light
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켄이치 오모리
석환 정
료스케 사토
유자부로 오타
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제이에스더블유 악티나 시스템 가부시키가이샤
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Abstract

고품질의 반도체 막을 형성할 수 있는 레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법을 제공한다. ELA 장치(엑시머 레이저 어닐 장치)(1)는, 피처리체인 기판 상의 아몰퍼스 실리콘 막에 조사함으로써 폴리실리콘 막을 형성하기 위한 레이저 광을 발생시키는 레이저 발진기(10)와, 레이저 광에 포함되는 제1의 부분광 및 제2의 부분광을 검출하는 펄스 계측기(100)와, 제1의 부분광의 검출 결과와 제2의 부분광의 검출 결과를 비교하는 모니터 장치(60)를, 포함한다.

Description

레이저 처리 장치 및 레이저 광 모니터 방법
본 발명은, 레이저 처리 장치 및 레이저 광 모니터 방법에 관한 것이다.
실리콘 기판이나 유리 기판 등에 형성된 비정질막에 레이저 광을 조사함으로써, 비정질막을 결정화시켜서 결정화막을 형성하는 레이저 어닐링 장치(laser annealing device)가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에, 관련하는 레이저 어닐링 장치가 기재되어 있다.
일본 등록특허공보 제5829575호
레이저 어닐링 장치와 같은 레이저 처리 장치에서는, 피처리체에 대해 적절한 레이저 광을 조사하여 고품질의 반도체막을 형성하는 것이 요망되고 있다.
그 밖의 과제와 새로운 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
일 실시의 형태에 따르면, 레이저 처리 장치는, 피처리체에 조사하기 위한 레이저 광을 발생시키는 레이저 발생 장치와, 상기 레이저 광에 포함되는 제1의 부분광 및 제2의 부분광을 검출하는 광 검출 장치와, 상기 제1의 부분광의 검출 결과와 상기 제2의 부분광의 검출 결과를 비교하는 모니터부를, 구비한다.
일 실시의 형태에 따르면, 레이저 광 모니터 방법은, (A)피처리체에 조사하기 위한 레이저 광을 발생시키는 단계와, (B)상기 레이저 광에 포함되는 제1의 부분광 및 제2의 부분광을 검출하는 단계와, (C)상기 제1의 부분광의 검출 결과와 상기 제2의 부분광의 검출 결과를 비교하는 단계를, 구비한다.
상기 일 실시의 형태 따르면, 고품질의 반도체막을 형성할 수 있다.
도 1은, 실시의 형태 1에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성 예를 나타내는 도면이고,
도 2는, 실시의 형태 1에 따른 레이저 어닐링 장치의 다른 구성 예를 나타내는 도면이고,
도 3은, 레이저 어닐링 장치에 의해 형성된 결정화 막의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 4a는, 레이저 어닐링 장치에서의 레이저 광의 관계를 설명하기 위한 도면이고,
도 4b는, 레이저 어닐링 장치에서의 레이저 광의 관계를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는, 비교 예의 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 6은, 비교 예의 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 사시도이고,
도 7은, 실시의 형태 1에 관한 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 8은, 실시의 형태 1에 관한 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 사시도이고,
도 9는, 실시의 형태 1에 따른 펄스 파형 모니터 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 10은, 실시의 형태 1에 따른 펄스 파형 모니터 방법으로 모니터되는 펄스 파형의 일례를 나타내는 도면이고,
도 11은, 펄스 파형의 계측 결과를 나타내는 그래프이고,
도 12는, 펄스 파형의 평가 결과를 나타내는 그래프이고,
도 13은, 펄스 파형의 평가 결과를 나타내는 그래프이고,
도 14는, 실시의 형태 2에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 15는, 실시의 형태 2에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 사시도이고,
도 16은, 실시의 형태 2에 따른 펄스 계측기에서 사용되는 슬릿(slit)의 개략 구성을 나타내는 정면도이고,
도 17은, 실시의 형태 2에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 18은, 실시의 형태 2에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 19는, 변형 예에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 20은, 실시의 형태 3에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 측면도이고,
도 21은, 실시의 형태 3에 따른 펄스 계측기의 개략 구성을 나타내는 사시도이고,
도 22는, 실시의 형태 3에 따른 펄스 계측기에서 사용되는 슬릿의 개략 구성을 나타내는 정면도이고,
도 23은, 다른 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이고,
도 24는, 다른 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이고,
도 25는, 다른 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이고,
도 26은, 다른 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이고,
도 27은, 다른 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
이하, 도면을 참조해서 실시의 형태에 관해서 설명한다. 이하의 기재 및 도면은, 설명의 명확화를 위해 적절히 생략, 및 간략화가 이루어져 있다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 필요에 따라 중복 설명은 생략되어 있다.
(실시의 형태 1)
우선, 실시의 형태 1에 따른 레이저 처리 장치 및 레이저 광 모니터 방법에 대하여 설명한다. 실시의 형태 1에 따른 레이저 처리 장치는, 예를 들면, 저온 폴리 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly-Silicon) 막을 형성하는 엑시머 레이저 어닐(ELA : Excimer laser Anneal) 장치이다.
<ELA 장치의 구성>
도 1을 이용하여, 본 실시의 형태에 따른 ELA 장치(1)의 구성에 관해 설명한다. 도 1은, ELA 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. ELA 장치(1)는, 레이저광(L3)을 기판(200) 상에 형성된 실리콘막(201)에 조사한다. 이에 의해, 비정질의 실리콘 막(아몰퍼스 실리콘 막 : a-Si 막)(201)을 다결정의 실리콘 막(폴리실리콘 막: p-Si막)(201)으로 변환할 수 있다. 기판(200)은, 예를 들면 유리 기판 등의 투명 기판이다.
또, 도 1에 도시된 XYZ 3차원 직교 좌표계에 있어서, Z방향은, 연직 방향이 되고, 기판(200)에 수직인 방향이다. XY 평면은, 기판(200)의 실리콘 막(201)이 형성된 면과 평행한 평면이다. 예를 들면, X방향은, 직사각형 형상의 기판(200)의 길이방향이 되고, Y방향은 기판(200)의 짧은 방향이 된다. 또한, Z축을 중심으로 0°에서 90°로 회전 가능한 Θ축 스테이지를 사용하는 경우, X방향은 기판(200)의 짧은 방향이 되고, Y방향은 기판(200)의 길이방향이 될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, ELA장치(1)는, 어닐링 광학계(2), 레이저 조사 실(50), 펄스 계측기(100), 모니터 장치(60), 및 제어 장치(70)를 구비하고 있다. 또, 도 1의 구성은 일례이며, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, ELA 장치(1)는, 본 실시의 형태에 따른 모니터 방법을 실시하기 위해, 적어도 레이저 발진기(10), 펄스 계측기(100), 및 모니터 장치(60)를 구비할 수 있다.
레이저 조사실(50)은, 베이스(52)와, 베이스(52) 상에 배치된 스테이지(51)를 수용한다. ELA 장치(1)에서는, 스테이지(51)에 의해 기판(200)을 +X 방향으로 반송하면서, 실리콘 막(201)에 레이저 광 L3이 조사된다. 도 1에서는, 실리콘 막 (201)에 있어서, 레이저 광 L3의 조사 전의 실리콘 막(201)을 아몰퍼스 실리콘 막 (201a)으로 나타내고, 레이저 광 L3의 조사 후의 실리콘 막(201)을 폴리실리콘 막 (201b)으로 나타낸다.
어닐링 광학계(2)는, 아몰퍼스 실리콘 막(201a)을 결정화하기 위한 레이저 광을 생성하고, 실리콘 막(201)에 조사하기 위한 광학계이다. 구체적으로는, 어닐링 광학계(2)는, 레이저 발진기(10), 입력 광학계(20), 빔 정형기(30), 및 낙사(落射)미러(epi-illumination mirror)(40)를 구비한다.
레이저 발진기(10)는, 아몰퍼스 실리콘 막(201a)(피처리체)에 조사하기 위한 레이저 광으로서 펄스 레이저 광을 발생시키는 레이저 발생 장치이다. 발생시키는 레이저 광은, 기판상의 비결정 막을 결정화해서 결정화 막을 형성하기 위한 레이저 광이며, 예를 들면 가스 레이저 광이다. 본 실시의 형태에서는, 가스 레이저 광의 일례로서, 중심 파장 308nm의 엑시머 레이저 광을 사용한다. 또한, 엑시머 레이저에 한정되지 않고, Co2 레이저 등, 다른 가스 레이저여도 좋다. 레이저 발진기(10)에는 챔버 내에 염소 등의 가스가 봉입되면서 동시에 2장의 공진기 미러(11 및 12)가 가스를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다. 공진기 미러(11)은, 모든 빛을 반사하는 전(全)반사 미러이며, 공진기(12)는, 일부의 빛을 투과하는 부분 반사 미러이다. 가스에 의해 여기(勵起)된 가스광(L0)이 공진기 미러(11 및 12) 사이에서 반사를 반복하고, 증폭된 빛이 공진기 미러(12)에서 레이저 광 L1으로서 방출된다. 예를 들면, 레이저 발진기(10)는, 펄스 형상의 레이저 광 L1을, 500㎐~600㎐의 주기로 반복해서 방출한다. 레이저 발진기(10)는, 레이저 광 L1을 입력 광학계(20)를 향해서 출사한다.
입력 광학계(20)는, 레이저 발진기(10)가 생성한 레이저 광 L1을 빔 정형기 (30)로 전파한다. 입력 광학계(20)는, 예를 들면 반사 미러(21 및 22)를 구비하고 있다. 반사 미러(21 및 22)는 전반사 미러일 수도 있고, 부분 반사 미러일 수도 있다. 레이저 발진기(10)에서 입사된 레이저 광 L1은, 반사 미러(21), 반사 미러(22)의 순으로 반사한 후, 빔 정형기(30)로 출사한다.
빔 정형기(30)는, 입력 광학계(20)를 통해서 입사된 레이저 광 L1을 정형해서 실리콘 막(201)에 조사하기에 적합한 빔 형상의 레이저 광 L2을 생성한다. 빔 정형기(30)는, Y방향을 따른 라인 형상의 라인 빔을 생성하고, 또 라인 빔을 Z방향으로 복수의 빔(부분광)으로 분할한다. 즉, 레이저 광 L2은, Z방향으로 나란한 복수의 라인 빔을 포함한다. 빔 정형기(30)는, 레이저 광 L1을 라인 빔으로 정형하는 광학계이며, 또 레이저 광 L1을 복수의 빔(분할 빔)으로 분할하는 광학계이기도 하다. 복수의 라인 빔의 생성은, 레이저 광 L1으로부터 라인 빔을 생성한 후에 라인 빔을 분할해도 좋고, 레이저 광 L1을 분할한 후에 분할 광으로부터 라인 빔을 생성해도 좋다. 빔 정형기(30)는, 예를 들면, 복수의 원통형 렌즈(cylindrical lens)를 통함으로써 레이저 광 L1을 Y방향으로 확대하여 라인 빔으로 변환한다. 또한, 빔 정형기(30)는, 예를 들면, 렌즈 어레이로 구성되는 호모게나이저(homogenizer)에 의해, 하나의 빔을 복수의 빔으로 분할한다. 복수의 빔으로 분할함으로써, 조사하는 레이저 광의 빔 형상에 있어서의 스티프니스 폭(steepness width)을 급격하게 할 수 있다. 일례로서, 레이저 광 L1을 11개의 빔으로 분할한다. 빔 정형기(30)는, 생성된 레이저광 L2을 낙사(落射) 미러(40)로 출사한다.
낙사 미러(40)는, Y방향으로 연장되는 직사각형 형상의 반사 미러이며, 빔 정형기(30)가 생성한 복수의 라인 빔인 레이저 광 L2를 반사한다. 낙사 미러(40)는, 예를 들면, 다이크로익 미러(dichroic mirror)이며, 일부의 빛을 투과하는 부분 반사 미러이다. 즉, 낙사 미러(40)는, 레이저 광 L2를 반사시켜서 레이저 광 L3를 생성하면서 동시에 레이저 광 L2의 일부를 투과시켜서 레이저 광 L4를 생성한다. 낙사 미러(40)는, 반사광인 레이저 광 L3을 기판(200)상의 실리콘 막(201)에 조사하고, 또 투과광인 레이저 광 L4을 펄스 계측기(100)로 출사한다.
도 3은, 레이저 광 L3의 조사에 의해 결정화되는 실리콘 막(201)을 모식적으로 나타낸다. 레이저광 L3은, 상술한 바와 같이 복수의 라인 빔을 포함하고, 기판(200) 상에 있어서 Y방향으로 라인 형태의 조사 영역을 형성한다. 즉, 기판(200) 상에 조사된 레이저광(L3)은, Y방향을 길이방향(장축방향)으로 하고, X방향을 짧은 방향(단축방향)으로 하는 라인 형태의 조사 영역을 형성하고 있다. 또한, 스테이지(51)에 의해 +X방향으로 기판(200)을 반송하면서, 레이저 광 L3이 실리콘막(201)에 조사된다. 이에 의해, Y방향에서의 조사 영역의 길이를 폭으로 하는 띠형상의 영역에 레이저 광 L3을 조사할 수 있다. 이 레이저 광 L3의 조사에 의해, 아몰퍼스 실리콘 막(201a)이 결정화 한다. 기판(200)에 대한 레이저 광 L3의 조사 위치를 변화시키면서, 레이저 광 L3을 실리콘막(201)에 조사한다. 스테이지(51)에 의해 기판(200)을 +X방향으로 반송함으로써, 기판(200) 상의 레이저 광 L3이 조사된 영역에서 순서대로 폴리실리콘 막(201b)이 형성된다.
이때, 형성된 폴리실리콘 막(201b)의 상태는, 제조하는 반도체 장치의 성능에 크게 영향을 미친다. 따라서, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 폴리실리콘 막(201b)의 결정 상태에 불균일(unevenness)이 없는, 즉 결정 상태의 변동(variation)이 작고 균일할 필요가 있다. 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 폴리실리콘 막(201b)의 결정 상태에 불균일이 있는, 즉 결정 상태의 변동이 커서 불균일할 경우, 그 반도체 장치는 불량품이 된다. 예를 들면, 폴리실리콘 막(201b)의 불균일로서, 폴리실리콘 막(201b)에 라인 빔의 조사 영역을 따른 명암의 줄무늬(shot unevenness라 함)가 생길 수 있다. 이러한 불균일은, 레이저 광의 공간 분포에서의 변동, 즉 빔의 단면에서의 빛의 변동(공간적 변동(spatial variation)이라고 함)에 의해 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, 레이저 광의 공간적 변동을 모니터함으로써 형성되는 폴리실리콘 막(201b)에 불균일이 발생하는 것을 억제한다.
또한, 고체 레이저에서는, 코히어런스(coherence)가 높아서 공간적 변동이 발생하기 어려운 반면, 가스 레이저에서는, 코히어런스가 낮기 때문에, 공간적 변동이 발생하기 쉽다. 따라서, 본 실시의 형태는, 가스 레이저, 특히 엑시머 레이저에 적합하다.
도 1에서의 펄스 계측기(100), 모니터 장치(60), 및 제어 장치(70)는, 레이저 광의 공간적 변동을 모니터하고, 모니터한 공간적 변동을 제어하기 위한 구성이다. 또한, 펄스 계측기(100) 및 모니터 장치(60)를, 레이저 광의 펄스 파형을 계측하는 계측부로서도 좋다. 또한, 모니터 장치(60) 및 제어 장치(70)를, 양자의 기능을 갖는 처리 장치로 해도 좋다.
펄스 계측기(100)는, 기판(200)에 조사되는 레이저 광의 펄스 파형을 계측(검출)하는 계측 장치(광검출 장치)이다. 이 예에서는, 펄스 계측기(100)는, 낙사 미러(40)에서 투과한 레이저 광 L4을 계측한다. 펄스 계측기(100)는, 레이저 광 L4에 포함되는 복수의 빔(예를 들면, 제1의 부분광 및 제2의 부분광)의 강도를 계측하고, 계측 결과를 모니터 장치(60)로 출력한다. 또한, 기판(200)에 조사되는 레이저 광의 공간적 변동을 계측할 수 있으면 되므로, 펄스 계측기(100)는, 어닐 광학계(2)에서의 그 밖의 개소에서 레이저 광을 계측해도 된다. 예를 들면, 반사 미러(21)나 반사 미러(22)를 투과한 레이저 광을 계측해도 된다.
모니터 장치(60) 및 제어 장치(70)는, ELA 장치(1)에 전용의 장치일 수도 있고, 퍼스널 컴퓨터나 서버 컴퓨터 등의 범용적인 컴퓨터 장치일 수도 있다. 이러한 장치에 있어서, 기억부에 기억된 소정의 프로그램을 CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서에 의해 실행함으로써, 모니터 장치(60) 및 제어 장치(70)의 각 기능이 실현된다. 모니터 장치(60) 및 제어 장치(70)는, 각각 하나의 장치로 구현될 수도 있고, 네트워크 상의 복수의 장치로 구현될 수도 있다.
모니터 장치(60)는, 펄스 계측기(100) 및 제어 장치(70)와 각종의 정보나 신호가 입출력 가능하게 접속되어 있다. 모니터 장치(모니터부)(60)는, 입력된 펄스 계측기(100)의 계측 결과를 비교함으로써 레이저 광(이 예에서는 레이저 광 L4)의 공간적 변동을 모니터한다. 모니터 장치(60)는, 펄스 계측기(100)가 계측한 레이저 광 L4의 강도로부터 레이저 광 L4의 펄스 파형을 생성한다. 모니터 장치(60)는, 레이저 광 L4에 포함되는 복수의 빔의 펄스 파형이나 평가 파라미터를 비교하여 그들의 차를 구한다. 모니터 장치(60)는, 디스플레이 등의 표시부를 구비하고 있으며, 레이저 광 L4의 펄스 파형이나 강도 등을 표시부에 표시한다. 모니터 장치 (60)는, 펄스 파형의 비교 결과에 기초하여 레이저 광 L4의 공간적 변동의 유무를 판단하고, 판단 결과를 제어 장치(70)로 출력한다.
제어 장치(제어부)(70)는, 모니터 장치(60) 및 레이저 발진기(10)와 각종의 정보나 신호가 입출력 가능하게 접속되어 있다. 제어 장치(70)는, 입력되는 모니터 장치(60)의 판단 결과에 기초하여 레이저 발진기(10)에 피드백 제어를 행한다. 제어 장치(70)는, 레이저 광의 공간적 변동을 억제하도록 레이저 광의 발생 조건을 제어한다. 예를 들면, 제어 장치(70)는, 레이저 발진기(10)에서의 공진기 미러(12)를 구동하는 서보 모터를 제어함으로써, 공진기 미러(12)의 각도를 조정하여 레이저 광 L1의 공간 분포의 강도를 제어한다. 또한, 제어 장치(70)는, 모니터 장치(60)의 판단 결과에 따라서 공진기 미러(12)를 자동적으로 제어해도 되고, 조작자의 조작에 따라서 공진기 미러(12)를 제어해도 된다.
도 4a 및 도 4b는, 레이저 발진기(10)의 공진기 미러(12)로부터 출사되는 레이저 광 L1과, 낙사 미러(40)에 입사되는 레이저 광 L2와의 공간 분포(빔형상)의 관계를 나타내고 있다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 레이저 광 L1은, 공진기 미러(12)와 같은 형상, 즉, Z방향을 길이방향으로 하는 대략 직사각형의 공간 분포를 갖고 있다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 레이저 광 L2은, 낙사 미러(40)와 같은 형상, 즉 Y방향을 길이방향으로 하는 대략 직사각형의 공간 분포를 갖는다. 즉, 레이저 광 L2은, 레이저 광 L1에 대해 광축을 중심으로 90°회전한 빔 형상으로 되어 있다. 도 4a의 레이저 광 L1에서의 +Z측의 위치 ZA1에서 -Z측의 위치 ZB1의 빛이 합성되어서, 도 4b의 레이저 광 L2에서의 +Y측의 위치 YA1에서 -Y측의 위치 YB1의 빛(라인 빔)이 생성되어 있다. 마찬가지로, 도 4a의 레이저 광 L1에서의 위치 ZA2에서 위치 ZB2의 빛이 합성되어서, 도 4b의 레이저 광 L2에서의 위치 YA2에서 위치 YB2의 빛이 생성된다. 폴리실리콘 막(201b)에 생기는 불균일, 즉 Y방향을 따른 짧은 불균일(shot unevenness)은, 레이저 광 L2에서의 Z방향의 변동이 하나의 요인이 된다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, 레이저 광 L2(L2의 투과광인 L4)에서의 Z방향의 변동을 모니터한다. 그리고 또한, 레이저 광 L2의 Z방향의 공간에 대응하는 레이저 광 L1의 Y방향의 빛의 강도를 조정하기 위해, 공진기 미러(12)에 대해 Y방향의 중심 Y0를 축으로서 회전시켜서 그 각도를 제어한다.
<비교 예의 펄스 계측기>
여기서, 본 실시의 형태의 이해를 돕기 위해, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 실시의 형태 적용 전의 비교 예의 펄스 계측기(900)의 구성에 관해서 설명한다. 도 5는, 펄스 계측기(900)의 개략 구성을 나타내는 측면도이고, 도 6은, 펄스 계측기(900)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 펄스 계측기(900)는, 광 검출기(901)와 집광 렌즈(902)를 포함한다.
예를 들면, 집광 렌즈(902) 및 광 검출기(901)는, 낙사 미러(40)의 Y방향의 중앙 부근에 배치되어 있다. 집광 렌즈(902)는, 낙사 미러(40)를 투과한 레이저 광 L4을 광 검출기(901)의 수광부(受光部)에 집광한다. 광 검출기(901)는, 집광 렌즈(902)에 의해 집광된 레이저 광 L4의 강도를 검출한다.
이와 같이, 비교 예의 펄스 계측기(900)에서는, 하나의 광 검출기(901)에 의해 레이저 광 L4의 모든 빔을 합쳐(collectively) 검출한다. 이 예에서는, 레이저 광 L2 및 L4는 빔 (B1~B11을 포함하고 있으며, 광 검출기(901)는 집광된 레이저 광 L4의 모든 빔 B1~B11을 검출한다. 그러나, 비교 예의 펄스 계측기(900)와 같이, 하나의 검출기에 의해 레이저 광의 전체를 검출하면, 빔마다 변동이 있었다 하더라도, 그 변동이 평균화되어 버리기 때문에, 공간적 변동을 검출할 수 없다.
<실시의 형태 1의 펄스 계측기>
도 7 및 도 8을 참조하여, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)의 구성에 관해서 설명한다. 도 7은, 펄스 계측기(100)의 개략 구성을 나타내는 측면도이고, 도 8은, 펄스 계측기(100)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이 펄스 계측기(100)은, 복수의 광검출기(101)와 복수의 집광렌즈(102)를 구비한다. 예를 들면, 광 검출기(101)는 바이플레나 관(biplanar tube)이나 포토다이오드(photodiode)이고, 집광 렌즈(102)는 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)이다.
이 예에서는, 광 검출기(101)로서, 3개의 광 검출기, 즉 광 검출기(101a) (제1의 광 검출기), 광 검출기(101b)(제2의 광 검출기), 및 광 검출기(101c)(제3의 광 검출기)를 구비하고, 또 집광 렌즈(102)로서, 3개의 집광 렌즈, 즉 집광 렌즈 (102a)(제1의 집광 렌즈), 집광 렌즈(102b)(제2의 집광 렌즈), 및 집광 렌즈(102c) (제3의 집광 렌즈)를 구비하고 있다. 예를 들면, 집광 렌즈(102a~102c) 및 광 검출기(101a~101c)는, 낙사 미러(40)의 Y방향의 중앙 부근에 배치되어 Z방향을 따라 일렬로 나열되어 있다. 또, 집광 렌즈(102a~102c) 및 광 검출기(101a~101c)는, Z방향의 복수 개소에서 빛을 검출할 수 있으면 되기 때문에, 낙사 미러(40)의 Y방향의 중앙 이외에 배치되어 있어도 좋고, Z방향으로 비스듬히 나열되어 있어도 좋다.
집광 렌즈(102a~102c)는, 낙사 미러(40)를 투과한 레이저 광 L4의 각 빔군(群)을 광 검출기(101a~101c)의 수광부에 각각 집광한다. 광 검출기(101a~101c)는, 집광 렌즈(102a~102c)에 의해 집광된 레이저 광 L4의 각 빔군의 강도를 검출한다. 집광 렌즈에 의해 빔군에 포함되는 빔을 집광함으로써, 빔군마다 빔을 검출할 수 있다.
이 예에서는, 빔 B1~B11을 3개의 빔군 BG1~BG3으로 나누고, 상측(+Z측)의 4개의 빔 B1~B4을 빔군 BG1(제1의 빔군), 중앙의 3개의 빔 B5~B7을 빔군 BG2(제2의 빔군), 하측(-Z측)의 4개의 빔 B8~B11을 빔군 BG3(제3의 빔군)으로 한다. 빔 군 BG1의 빔 B1~B4를 집광 렌즈(102a)에 의해 집광하고, 집광된 빛을 광 검출기(101a)에 의해 검출된다. 마찬가지로, 빔군 BG2의 빔 B5~B7을 집광 렌즈(102b)에 의해 집광하고, 집광된 빛을 광 검출기(101b)에 의해 검출하고, 빔군 BG3의 빔 B8~B11을 집광 렌즈(102c)에 의해 집광하고, 집광된 빛을 광 검출기(101c)에 의해 검출한다. 복수의 광 검출기에 의해, 복수의 빔군을 동시에 검출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)에서는, 복수의 광 검출기(101a~101c)에 의해 레이저 광 L4에 포함되는 복수의 빔을 나누어 검출한다. 레이저 광 L4에 포함되는 빔(군)마다 강도를 검출함에 따라, 레이저 광 L4의 공간적 변동을 확실하게 검출할 수 있다. 예를 들면, 3개의 빔군마다 검출함으로써, 레이저 광 L4에 있어서의 상부, 중앙, 하부의 공간적 변동을 검출할 수 있다. 또한, 검출하는 빔군은, 3개에 한정되지 않고, 임의의 수의 빔군으로 해도 되고, 각 빔군에 포함되는 빔의 수도 임의로 설정할 수 있다. 또한, 빔군을 형성하지 않고 각 빔(제1의 빔~제11의 빔)을 개별적으로 검출해도 좋다. 광 검출기에 의한 검출 수를 많게 함으로써, 공간적 변동의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<실시의 형태 1의 펄스 파형 모니터 방법>
도 9를 참조하여, 본 실시의 형태에 따른 ELA 장치(1)에서 실시되는 펄스 파형 모니터 방법에 관해서 설명한다. 도 9는, 본 실시의 형태에 따른 펄스 파형 모니터 방법을 나타내는 흐름도이다. 예를 들면, 이 펄스 파형 모니터 방법은, ELA 장치(1)에 있어서의 반도체 장치의 제조 공정과는 별도로 실시된다. 반도체 장치의 제조 공정은, 복수의 반도체 장치를 1세트로 해서, 세트별로 반복해서 실시된다. 이전 세트의 제조 공정과 다음 세트의 제조 공정 사이에서, ELA 장치(1)를 계측 모드로서 본 실시의 형태에 따른 펄스 파형 모니터 방법을 실시한다. 이에 의해, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 반도체 막에 불균일이 발생하기 전에, 레이저 광의 공간적 변동을 검출할 수 있기 때문에, 사전에 반도체 막의 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 우선, ELA 장치(1)는, 레이저 광의 조사를 개시한다(S101). 즉, 제어장치(70)는, 조작자의 조작에 따라서, 레이저 발진기(10)에 발진(發振)의 개시를 지시한다. 레이저 발진기(10)는, 제어 장치(70)의 지시에 따라 발진을 개시하여 레이저 광 L1을 출사한다. 출사된 레이저 광 L1은, 입력 광학계(20)를 통해서 빔 정형기(30)에 의해 복수의 라인 빔으로 정형된다. 정형된 레이저 광 L2은, 낙사 미러(40)에서 반사되고, 반사된 레이저 광 L3은 기판(200) 상에 조사된다. 또한, 이 펄스 파형 모니터 방법은, 반도체 장치의 제조 공정과는 별도로 실시되기 때문에, 스테이지(51) 상에 기판(200)이 배치되어 있지 않아도 된다.
계속해서, ELA 장치(1)는, 조사가 개시된 레이저 광을 계측한다(S102). 즉, 펄스 계측기(100)는, 낙사 미러(40)를 투과한 레이저 광 L4의 강도를 검출한다. 본 실시의 형태에서는, 펄스 계측기(100)에서의 광 검출기(101a~101c)는, 레이저 광 L4의 빔 B1~B11을 3개의 빔군 BG1~BG3으로 나누어서 빔군별로 강도를 검출하고, 그 검출 결과를 모니터 장치(60)로 출력한다.
계속해서, ELA 장치(1)는, 계측된 레이저 광의 펄스 파형을 생성한다 (S103). 즉, 모니터 장치(60)는, 펄스 계측기(100)로부터 빔군 BG1~BG3의 강도를 취득하고, 취득한 강도를 근거로 하여 빔군 BG1~BG3마다 펄스 파형을 생성한다. 예를 들면, 펄스 폭을 20ns~100ns로 설정하고, 그 펄스 폭의 주기로 펄스 파형을 생성한다.
도 10은, 생성되는 펄스 파형의 일례를 나타낸다. 본 실시의 형태에서의 레이저 광은 엑시머 레이저 광이기 때문에, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1의 피크 (P1) 및 제2의 피크(P2)가 연속적으로 나타나고, 최초로 나타난 피크 P1보다도 2번째로 나타난 피크 P2 쪽이 강도가 낮은 파형이 된다. 펄스 파형의 면적 A1은, 펄스의 에너지를 나타낸다.면
모니터 장치(60)는, 펄스의 평가 파라미터로서, 제1의 피크 P1, 제2의 피크 P2, 및 면적 A1(에너지)을 산출한다. 또한, 펄스 폭이나, 제1의 피크 P1까지의 상승 시간 등, 다른 평가 파라미터를 산출해도 된다. 또한, 모니터 장치(60)는, 소정 기간에 생성된 펄스 파형으로부터 평가 파라미터의 분산 값(σ)이나 평균값, 최소값, 최대 값 등의 통계 값을 구한다.
계속해서, ELA 장치(1)는, 펄스 파형의 공간적 변동의 유무를 판정한다(S104). 즉, 모니터 장치(60)는, 빔군 BG1~BG3의 펄스 파형을 토대로 하여 공간적 변동을 평가한다. 모니터 장치(60)는, 빔군 BG1의 펄스 파형, 빔군 BG2의 펄스 파형, 및 빔군 BG3의 펄스 파형을 비교한다. 예를 들면, 펄스 파형의 평가 파라미터인 제1의 피크 P1, 제2의 피크 P2, 및 면적 A1의 분산값이나 평균값, 최소값, 최대값 등의 차분(差分)을 구한다. 또한, 특정의 타이밍에서의 펄스 파형의 평가 파라미터의 차분을 구해도 된다. 복수의 펄스 파형에 의한 분산값 등의 차분을 구함으로써, 변동을 정밀하게 평가할 수 있다. 모니터 장치(60)는, 예를 들면, 평가 파라미터의 분산값의 차분이, 소정의 임계값보다 큰 경우, 공간적 변동이 있음으로 판단하고, 소정의 임계값 이하인 경우, 공간적 변동이 없음으로 판단한다.
S104에 있어서, 공간적 변동 없음으로 판단되면, 본 모니터 방법을 종료하고, ELA 장치(1)는 다음 세트의 반도체 장치의 제조 공정을 실시한다. 한편, 공간적 변동 있음으로 판단되면, ELA 장치(1)는 레이저 광을 조정한다(S105). 즉, 모니터 장치(60)가 공간적 변동 있음으로 판단하면, 제어 장치(70)는, 레이저 발진기(10)의 공진기 미러(12)의 각도를 제어하여, 레이저 광 L1의 공간 분포의 강도를 조정한다. 제어 장치(70)는, 공진기 미러(12)의 기울기를 소정 각도로 변화시키고, 또 S102~S103에서 레이저 광의 계측을 수행한다. 평가 파라미터의 분산값의 차분이 수렴하여 공간적 변동 없음으로 판단될 때까지, 레이저 광의 조정을 반복한다. 또한, 공간적 변동의 크기 등에 따라 공진기 미러(12)를 조정하는 각도를 변경해도 된다.
<계측 결과>
도 11~도 13을 이용하여, 비교 예의 펄스 계측기(900)를 이용한 경우와 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)를 이용한 경우의 계측 결과에 대해 설명한다. 도 11~도 13은, 펄스 반복 주파수 50Hz, 300Hz, 500Hz의 계측 결과이다. 도 11은, 각 주파수에서의 펄스 파형을 나타내고, 도 12는 펄스 파형의 제1의 피크 P1의 분산값(σ)을 나타내고, 도13은, 펄스 파형의 면적 A1(에너지)의 분산값(σ)을 나타낸다.
도 11에 도시한 바와 같이, 비교 예의 펄스 계측기(900)에 의해 계측된 펄스 파형은, 50Hz~500Hz의 어느 주파수에 있어서도, 거의 이상적인(예를 들면 도 10과 같은) 형상이 되어 있다. 비교 예에서는 안정된 펄스 파형만을 측정할 수 있기 때문에 공간적 변동을 파악할 수는 없다. 한편, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기 (100)에 의해 계측된 펄스 파형은, 어느 주파수에 있어서도 빔군 BG1~BG3에서 명백하게 형상이 다르다. 따라서, 빔군 BG1~BG3의 파형을 비교함으로써 공간적 변동을 파악하는 것이 가능하다.
도 11에 있어서, 50Hz의 주파수에서는, 빔군 BG3의 펄스 파형은, 비교 예와 마찬가지로 이상적인 펄스 파형에 가깝다. 빔군 BG1~BG3의 펄스 파형을 비교하면, 빔군 BG1 및 BG2의 펄스 파형은, 빔군 BG3의 펄스 파형보다도 제1의 피크 P1 및 제2의 피크 P2가 낮고, 제1의 피크 P1의 볼록부의 형상이 무뎌져 있다.
또한, 300Hz의 주파수에서는, 빔군 BG2 및 BG3의 펄스 파형은, 비교 예와 마찬가지로 이상적인 펄스 파형에 가깝다. 빔군 BG1~BG3의 펄스 파형을 비교하면, 빔 군 BG1의 펄스 파형은, 빔군 BG2 및 BG3의 펄스 파형보다도 제1의 피크 P1 및 제2의 피크 P2가 낮으며, 제1의 피크 P1의 볼록부의 형상이 무뎌져 있다.
그리고 또한, 500Hz의 주파수에서는, 빔군 BG1~BG3의 펄스 파형은, 모두 이상적인 펄스 파형과는 다르다. 빔군 BG1~BG3의 펄스 파형을 비교하면, 빔군 BG1 및 BG3의 펄스 파형은, 빔군 BG2의 펄스 파형보다도 제1의 피크 P1 및 제2의 피크 P2가 낮다. 또한, 빔군 BG1의 펄스 파형은, 빔군 BG2 및 BG3의 펄스 파형보다도 제1의 피크 P1의 볼록부의 형상이 무뎌져 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 비교 예의 펄스 계측기(900)에 의해 계측된 펄스 파형의 제1의 피크 P1의 분산값은, 50Hz~500Hz의 주파수에서 변화가 작다. 비교예에서는, 안정된 펄스 파형의 제1의 피크 P1만을 측정할 수 있기 때문에, 공간적 변동을 파악할 수는 없다. 한편, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)에 의한 계측 결과는, 어느 주파수에 있어서도 빔군 BG1~BG3에서 차가 발생한다. 따라서, 빔군 BG1~BG3의 제1의 피크 P1를 비교함으로써 공간적 변동을 파악하는 것이 가능하다. 특히, 500Hz의 주파수에서는, 빔군 BG2과 빔군 BG3의 차가 크기 때문에, 본 실시의 형태에서는 공간적 변동 있음으로 판단할 수 있다.
도 12에 있어서, 50Hz에서는, 빔군 B1의 값이 1.1, 빔군 B2의 값이 0.9, 빔군 B3의 값이 0.5로 되어 있다. 300Hz에서는, 빔군 B1의 값이 1.1, 빔군 B2의 값이 1.0, 빔군 B3의 값이 0.6으로 되어 있다. 즉, 50Hz 및 300Hz에서는, 빔군 B1 및 B2와 빔군 B3에 0.5정도의 차가 있다. 또한, 500Hz에서는, 빔군 B1의 값이 2.9, 빔군 B2의 값이 1.5, 빔군 B3의 값이 4.1로 되어 있다. 즉, 500Hz에서는, 빔군 B1과 빔군 B2에 1.4의 차가 있고, 빔군 B2와 빔군 B3에 2.6의 차가 있기 때문에, 공간적 변동은 크다.
도 13에 도시한 바와 같이, 비교 예의 펄스 계측기(900)에 의해 계측된 펄스 파형의 면적 A1의 분산값은, 50~500Hz의 주파수에 있어서 변화는 작다. 비교예에서는, 제1의 피크 P1와 마찬가지로, 안정된 펄스 파형의 면적 A1밖에 계측할 수 없기 때문에, 공간적 변동을 파악할 수는 없다. 한편, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)에 의한 계측 결과는 어느 주파수에 있어서도 빔군 BG1~BG3에서 차가 발생한다. 따라서, 빔군 BG1~BG3의 면적 A1을 비교함으로써, 공간적 변동을 파악하는 것이 가능하다. 도 12의 제1의 피크 P1과 마찬가지로, 500㎐의 주파수에서는, 빔군 BG2과 빔군 BG3의 차가 크기 때문에, 본 실시의 형태에서는 공간적 변동 있음으로 판단할 수 있다.
도 13에 있어서, 50Hz에서는, 빔군 B1의 값이 0.9, 빔군 B2의 값이 0.8, 빔군 B3의 값이 0.4로 되어 있다. 즉, 50Hz에서는, 빔군 B1 및 B2와 빔군 B3에 0.5정도의 차가 있다. 또한, 300Hz에서는, 빔군 B1의 값이 1.3, 빔군 B2의 값이 1.4, 빔군 B3의 값이 0.6으로 되어 있다. 즉, 300Hz에서는, 빔군 B1 및 B2와 빔군 B3에 0.8정도의 차가 있다. 그리고 또한, 500Hz에서는, 빔군 B1의 값이 2.3, 빔군 B2의 값이 0.9, 빔군 B3의 값이 7.0으로 되어 있다. 즉, 500Hz에서는, 빔군 B1과 빔군 B2에 1.4의 차가 있고, 빔군 B2와 빔군 B3에 6.1의 차가 있기 때문에, 공간적 변동이 크다.
<실시의 형태 1의 효과>
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 레이저 어닐링 장치에 있어서, 피처리체에 조사하는 레이저 광의 공간적 변동을 모니터하고, 공간적 변동에 따라서 레이저 광을 제어하도록 했다. 이에 의해, 형성되는 반도체 막의 불균일과 상관될 수 있는 레이저 광을 검출할 수 있어 반도체 막에 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레이저 발진기의 개체차에 따라서 조사되는 레이저 광을 최적화할 수 있다. 그리고 또한, 펄스 계측기에 있어서, 레이저 광에 포함되는 복수의 빔군(혹은 빔)마다 강도를 검출함으로써, 확실하게 공간적 변동을 검출할 수 있다. 예를 들면, 복수의 광검출기를 구비함으로써, 복수의 빔군의 강도를 동시에 검출할 수 있다.
(실시의 형태 2)
이어서, 실시의 형태 2에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1과 비교해서 ELA 장치에 구비된 펄스 계측기의 구성만 상이하다. 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기는, 슬릿에 의해 선택된 빔을 하나의 광 검출기에 의해 계측한다. 그 밖의 것에 관해서는, 실시의 형태 1과 같기 때문에 설명을 생략한다.
<실시의 형태 2의 펄스 계측기>
도 14~도 18을 참조하여, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)의 구성에 관해서 설명한다. 도 14는, 펄스 계측기(100)의 개략 구성을 나타내는 측면도이고, 도 15는 펄스 계측기(100)의 개략 구성을 나타내는 사시도이고, 도 16은 펄스 계측기(100)에서의 슬릿의 정면도이다. 도 17 및 도 18은, 펄스 계측기(100)에 있어서, 다른 슬릿의 상태를 나타내는 측면도이다.
도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)는, 광 검출기(101)와 집광 렌즈(102)를 구비하고 있다. 광 검출기(101) 및 집광 렌즈(102)는, 도 5 및 도 6의 비교 예와 같은 구성이다. 즉, 집광 렌즈(102) 및 광 검출기(101)는 낙사 미러(40)의 중앙 부근에 배치되어 있으며, 집광 렌즈(102)는 레이저 광 L4의 빔을 집약하고, 광 검출기(101)는 집약된 빔을 검출한다.
또한, 펄스 계측기(100)는, 낙사 미러(40)와 집광 렌즈(102) 사이에 배치된 슬릿(103)을 구비하고 있다. 슬릿(103)은, 레이저 광 L4의 일부의 빔을 선택하여 투과시키는 빔 선택부이다. 즉, 집광 렌즈(102)는, 슬릿(103)에 의해 선택된 레이저 광 L4의 빔을 집광한다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 슬릿(103)은, Y방향을 따라서 평행하게 배치된 직사각형상의 차광판(103a) 및 차광판(103b)을 구비하고 있다. 상측의 차광판(103a)은 레이저광(L4)의 상측의 빔을 차광하고, 하측의 차광판(103b)은 레이저광(L4)의 하측의 빔을 차광하고, 차광판(103a)과 차광판(103b) 사이의 개구부(103c)에서 레이저 광 L4의 일부의 빔을 투과한다.
또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 슬릿(103)은, 에어 실린더(104)에 의해 Z 방향으로 구동 가능한 가동식 슬릿이다. 예를 들면, 에어 실린더(104)는, 2단식 에어 실린더이며, 슬릿(103)을 2단계의 위치(도 14의 위치 Z1~Z4의 사이)에서 정지하도록 구동함으로써, 빔군 BG1~BG3 중 어느 것을 선택한다. 에어 실린더(104)는, 차광판(103a)을 구동하는 구동부(104a)와, 차광판(103b)을 구동하는 구동부(104b)를 포함한다. 구동부(104a) 및 구동부(104b)에 의해, 차광판(103a) 및 차광판(103b)을 연동해서 구동하고, 개구부(103c)를 Z방향으로 상하로 이동시킴으로써 투과하는 레이저 광 L4의 빔을 선택한다. 구동부(104b)는, 하측의 차광판(103b)의 상단부를 위치 Z1에서 위치 Z2까지 구동하고, 위치 Z2에서 위치 Z3까지 더 구동한다. 구동부(104a)는, 상측의 차광판(103a)의 하단부를 위치 Z4에서 위치 Z3까지 구동하고, 위치 Z3에서 위치 Z2까지 더 구동한다. 구동부(104a) 및 구동부(104b)의 구동은, 예를 들면 모니터 장치(60)로부터 제어된다.
도 14, 도 17, 및 도 18은, 슬릿(103)의 3개의 상태를 나타내고 있다. 도 14는, 슬릿(103)이 빔 B1~B11 중 하부의 4개의 빔 B8~B11을 포함하는 빔군 BG3을 투과시킨 상태를 나타내고 있다. 즉, 구동부(104b)에 의해 하측의 차광판(103b)의 상단부를 위치 Z1(제1의 위치)로 하고, 구동부(104a)에 의해 상측의 차광판(103a)의 하단부를 위치 Z2(제2의 위치)로 한다. 이에 의해, 위치 Z1과 위치 Z2 사이의 개구부(103c)로부터 빔 B8~B11을 투과시킨다.
도 17은, 슬릿(103)이, 빔 B1~B11 중 중앙부의 3개의 빔 B5~B7을 포함하는 빔군 BG2를 투과시킨 상태를 나타내고 있다. 즉, 구동부(104b)에 의해 하측의 차광판(103b)의 상단부를 위치 Z2(제2의 위치)로 하고, 구동부(104a)에 의해 상측의 차광판(103a)의 하단부를 위치 Z3(제3의 위치)으로 한다. 따라서, 위치 Z2와 위치 Z3 사이의 개구부(103c)로부터 빔 B5~B7을 투과시킨다.
도 18은, 슬릿(103)이, 빔 B1~B11 중 상부의 4개의 빔 B1~B4를 포함하는 빔군 BG1을 투과시킨 상태를 나타내고 있다. 즉, 구동부(104b)에 의해 하측의 차광판(103b)의 상단부를 위치 Z3(제3의 위치)으로 하고, 구동부(104a)에 의해 상측의 차광판(103a)의 하단부를 위치 Z4(제4의 위치)로 한다. 따라서, 위치 Z3과 위치 Z4 사이의 개구부(103c)로부터 빔 B1~B4를 투과시킨다.
또한, 슬릿(103)의 개구부(103c)의 위치는, 미리 설정해도 되고, 자동적으로 검출해도 된다. 예를 들면, 차광판(103a) 및 차광판(103b) 중, 한쪽의 차광판의 위치를 고정해 두고, 다른쪽의 차광판의 위치를 서서히 Z방향으로 이동시키면서 투과하는 빛의 강도를 검출한다. 그렇게 하면, 빛의 강도의 누적값이 빔에 맞게 스텝 형태로 변화하기 때문에, 빛의 강도가 크게 변화하는 위치에서, 선택하는 빔의 Z방향의 위치를 검출할 수 있다.
<변형 예의 펄스 계측기>
또한, 본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1과 마찬가지로 레이저 광을 분할 한 빔을 광 검출기에 의해 검출해도 좋고, 슬릿을 통해서 분할되지 않은(혹은 분할 전의) 레이저 광을 검출해도 좋다. 도 19는, 분할되지 않은 레이저 광(Raw beam)을 계측하는 변형 예의 펄스 계측기(100)의 구성을 나타낸다. 도 19에 도시된 바와 같이, 변형 예의 펄스 계측기(100)는, 도 14에 나타낸 본 실시의 형태의 펄스 계측기(100)와 같은 구성이다.
이 예에서는, 분할되지 않은 레이저 광 L5는, 낙사 미러(40)에 의해 반사되어 레이저 광 L6이 되고, 또 일부의 빛이 투과되어 레이저 광 L7이 된다. 도 14와 마찬가지로, 슬릿(103)은 레이저 광 L7의 일부의 빛을 선택해서 투과시키고, 집광 렌즈(102)는, 슬릿(103)에 의해 선택된 레이저 광 L7의 일부의 빛을 집약하고, 광 검출기(101)는 집약된 빛을 검출한다.
<실시의 형태 2의 효과>
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, ELA 장치의 펄스 계측기에 있어서 계측할 빛을 선택하는 슬릿을 구비하는 것으로 하였다. 이에 따라, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 레이저 광의 공간적 변동을 모니터할 수 있다. 예를 들면, 가동식의 슬릿을 사용함으로써, 계측할 빛을 임의로 선택할 수 있기 때문에, 하나의 검출기에 의해 복수의 공간에서의 빛을 검출할 수 있다. 배치되는 광 검출기의 수에 제약이 있는 경우에도 레이저 광의 공간적 변동을 확실하게 모니터링하는 것이 가능하다.
(실시의 형태 3)
이어서, 실시의 형태 3에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1 및 2와 비교해서 ELA 장치에 구비된 펄스 계측기의 구성만 상이하다. 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기는, 슬릿에 의해 선택된 빔을 복수의 광 검출기에 의해 계측한다. 그 밖에 관해서는, 실시의 형태 1 및 2와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
<실시의 형태 3의 펄스 계측기>
도 20~도 22를 참조하여, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)의 구성에 관해서 설명한다. 도 20은, 펄스 계측기(100)의 개략 구성을 나타내는 측면도이고, 도 21은 펄스 계측기(100)의 개략 구성을 나타내는 사시도이고, 도 22는 펄스 계측기(100)에서의 슬릿의 정면도이다.
도 20 및 도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 펄스 계측기(100)는, 복수의 광 검출기(101)와 복수의 집광 렌즈(102)를 구비하고 있다. 펄스 계측기(100)는, 예를 들면, 실시의 형태 1의 도 7 및 도 8과 마찬가지로, 3개의 광 검출기(101a~101c)와 3개의 집광 렌즈(102a~102c)를 구비하고 있다. 즉, 빔군 BG1의 빔 B1~B4을, 집광 렌즈(102a)를 통해서 광 검출기(101a)에 의해 검출한다. 마찬가지로, 빔군 BG2의 빔 B5~B7을 집광 렌즈(102b)를 통해서 광 검출기(101b)에 의해 검출하고, 빔군 BG3의 빔 B8~B11를, 집광 렌즈(102c)를 통해서 광 검출기(101c)에 의해 검출한다.
또한, 펄스 계측기(100)는, 실시의 형태 2와 마찬가지로, 낙사 미러(40)와 집광 렌즈(102) 사이에 배치된 슬릿(103)을 구비하고 있다. 도 22에 도시한 바와 같이, 슬릿(103)은 직사각형상의 차광판(103d)이며, 차광판(103d)에 직사각형상의 개구부(103e~103g)를 갖는다. 개구부(103e~103g)는, 투과하는 레이저 광 L4의 빔의 위치에 대응해서 Z방향으로 비스듬하게 나란히 형성되어 있다. 개구부(103e~103g)를 투과한 각 빔이, 집광 렌즈(102a~102c)에 의해 각각 집광된다. 개구부(103e~103g)와 각각 대향하는 위치에 광 검출기(101a~101c)가 배치되어 있다. 예를 들면, 차광판(103d)에 있어서, Z방향으로 겹치지 않는 위치에 개구부(103e~103g)를 형성함으로써, 각 개구부에서 임의의 빔을 선택하여 투과할 수 있다. 이 예에서는, 개구부(103e)는, 차광판(103d)의 입사측 면에서 보아 왼쪽 위에 형성되어 있고, 빔 B1~B4를 포함한 빔군 BG1을 투과시킨다. 개구부(103f)는, 차광판(103d)의 입사측 면에서 보아 중앙에 형성되어 있고, 빔 B5~B7을 포함하는 빔군 BG2를 투과시킨다. 개구부(103g)는, 차광판(103d)의 입사측 면에서 보아 오른쪽 아래에 형성되어 있고, 빔 B8~B11을 포함하는 빔군 BG3을 투과시킨다. 또한, 개구부(103e)를 차광판(103d)의 오른쪽 위, 개구부(103f)를 차광판(103d)의 중앙, 개구부(103g)를 차광판(103d)의 왼쪽 아래에 형성해도 된다.
<실시의 형태 3의 효과>
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, ELA 장치의 펄스 계측기에 있어서, 실시의 형태 2와 마찬가지로 계측하는 빛을 선택하는 슬릿을 구비하는 것으로 하였다. 이에 의해, 실시의 형태 1 및 2와 마찬가지로, 레이저 광의 공간적 변동을 모니터할 수 있다. 예를 들면, 고정식의 슬릿에, 계측하는 복수의 빛에 각각 대응한 개구부를 설치함으로써, 슬릿을 구동시키는 구동 기구를 구비하지 않고, 복수의 공간의 빛을 검출할 수 있다. 또한, 실시의 형태 1과 마찬가지로 복수의 광 검출기를 구비함으로써, 레이저 광의 복수의 빛을 동시에 검출할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태의 펄스 계측기는, 변형 예인 도 19와 마찬가지로 분할되지 않은 레이저 광을 계측하는 것도 가능하다.
(그 밖의 실시의 형태)
이어서, 그 밖의 실시의 형태로서, 상기 실시의 형태에 따른 ELA 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관해서 설명한다. 이하의 반도체 장치의 제조 방법 중, 비정질의 반도체 막을 결정화시키는 공정에 있어서, 실시의 형태 1~실시의 형태 3에 관한 ELA 장치를 이용한 어닐링 처리를 실시하고 있다.
반도체 장치는, TFT(Thin Film Transistor)를 구비한 반도체 장치이며, 이 경우는 아몰퍼스 실리콘 막에 레이저 광을 조사해서 결정화하여 폴리실리콘 막을 형성할 수 있다. 폴리실리콘 막은, TFT의 소스 영역, 채널 영역, 드레인 영역을 갖는 반도체층으로서 사용된다.
<그 밖의 실시의 형태의 반도체 장치의 제조방법>
도 23~도 27은, 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 단면도이다. 상기에서 설명한 실시의 형태에 따른 ELA 장치는, TFT 어레이 기판의 제조에 적합하다. 이하, TFT를 갖는 반도체 장치의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 도 23에 도시한 바와 같이, 유리 기판(91)(상기의 기판(200)에 상당) 상에 게이트 전극(92)을 형성한다. 게이트 전극(92)은, 예를 들면 알루미늄 등을 포함하는 금속 박막을 사용할 수 있다. 이어서, 도 24에 도시한 바와 같이, 게이트 전극(92) 상에 게이트 절연막(93)을 형성한다. 게이트 절연막(93)은, 게이트 전극(92)을 덮도록 형성된다. 그 후, 도 25에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(93) 상에 아몰퍼스 실리콘 막(94)(상기의 아몰퍼스 실리콘 막(201a)에 상당)을 형성한다. 아몰퍼스 실리콘 막(94)은 게이트 절연막(93)을 통해서 게이트 전극(92)과 중복하도록 배치된다.
게이트 절연막(93)은, 질화 실리콘막(SiNx), 산화 실리콘막(SiO2막), 또는 이들의 적층막 등이다. 구체적으로는, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 게이트 절연막(93)과 아몰퍼스 실리콘 막(94)을 연속 성막한다. 아몰퍼스 실리콘 막(94)을 갖는 유리 기판(91)이 레이저 처리 장치에 있어서의 반도체 막이된다.
그리고, 도 26에 도시한 바와 같이, 상기에서 설명한 ELA 장치를 이용하여 아몰퍼스 실리콘 막(94)에 레이저 광 L3을 조사해서 아몰퍼스 실리콘 막(94)을 결정화시켜서 폴리실리콘 막(95)(상기의 폴리실리콘 막(201b)에 상당)을 형성한다. 그 결과, 실리콘이 결정화된 폴리실리콘 막(95)이 게이트 절연막(93) 상에 형성된다. 이 공정 전에, 상술한 ELA 장치를 이용한 펄스 파형 모니터 방법을 실시함으로써, 폴리실리콘 막(95)에 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
그 후, 도 27에 도시한 바와 같이, 폴리실리콘 막(95) 상에 층간 절연막 (96), 소스 전극(97a), 및 드레인 전극(97b)을 형성한다. 층간 절연막(96), 소스 전극(97a), 및 드레인 전극(97b)은 일반적인 포토리소그래피법이나 성막법을 이용하여 형성할 수 있다. 이후의 제조 공정에 관해서는 최종 제조하는 디바이스에 따라서 다르므로 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 반도체 장치의 제조 방법을 이용함으로써, 다결정 반도체 막을 포함한 TFT를 구비하는 반도체 장치를 제조할 수 있다. 이러한 반도체 장치는 유기 EL(ElectroLuminescence) 디스플레이 등의 고화질 디스플레이의 제어에 적합하다. 상술한 바와 같이 폴리실리콘 막의 불균일을 억제함으로써, 표시 특성이 우수한 표시 장치를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되지 않고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 레이저 어닐링 장치에 있어서, 아몰퍼스 실리콘 막에 레이저광을 조사해서 폴리실리콘 막을 형성하는 예에 한정되지 않고, 아몰퍼스 실리콘 막에 레이저광을 조사하여 마이크로크리스탈 실리콘막을 형성해도 된다. 또한, 실리콘 막 이외의 비정질막에 레이저광을 조사해서 결정화 막을 형성해도 된다.
이 출원은, 2019년 9월 12일에 출원된 일본 특원 제2019-165811호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 도입한다.
1;　ELA 장치
2;　어닐링 광학계
10; 레이저 발진기
11,12; 공진기 미러
20; 입력 광학계
21,22; 반사 미러
30; 빔 정형기
40; 낙사(落射) 미러
50; 레이저 조사실
51; 스테이지
52; 베이스
60; 모니터 장치
70; 제어장치
91; 유리 기판
92; 게이트 전극
93; 게이트 절연막
94; 아몰퍼스 실리콘 막
95; 폴리실리콘 막
96; 층간 절연막
97a; 소스 전극
97b; 드레인 전극
100; 펄스 계측기
101,101a,101b,101c; 광 검출기
102,102a,102b,102c; 집광 렌즈
103; 슬릿
103a,103b,103d; 차광판
103c,103e,103f,103g; 개구부
104; 에어 실린더
104a,104b; 구동부
200; 기판
201; 실리콘 막
201a; 아몰퍼스 실리콘 막
201b; 폴리실리콘 막

Claims (21)

  1. 피처리체에 조사(照射)하기 위한 레이저 광을 발생시키는 레이저 발생 장치와,
    상기 레이저 광에 포함되는 제1의 부분광 및 제2의 부분광을 검출하는 광 검출 장치와,
    상기 제1의 부분광의 검출 결과와 상기 제2의 부분광의 검출 결과를 비교하는 모니터부를, 구비한 레이저 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광은, 기판상의 비결정 막을 결정화하여 결정화 막을 형성하기 위한 레이저 광인 레이저 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 광은, 가스 레이저 광인 레이저 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 광은, 엑시머 레이저 광인 레이저 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 광을 복수의 분할 빔으로 분할하는 광학계를 더 구비하고,
    상기 광 검출 장치는, 상기 제1 및 제2의 부분광으로서, 상기 복수의 분할 빔에 포함되는 제1의 분할 빔 및 제2의 분할 빔을 검출하는 레이저 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는, 상기 제1 및 제2의 부분광으로서, 상기 복수의 분할 빔에 포함되는 제1의 분할 빔군(群) 및 제2의 분할 빔군을 검출하는 레이저 처리장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는,
    상기 제1의 부분광을 검출하는 제1의 광 검출기와,
    상기 제2의 부분광을 검출하는 제2의 광 검출기를 구비하는 레이저 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는,
    상기 제1의 부분광을 제1의 광 검출기에 집광(集光)하는 제1의 집광 렌즈와,
    상기 제2의 부분광을 제2의 광 검출기에 집광하는 제1의 집광 렌즈를 구비하는 레이저 처리 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는, 상기 제1의 부분광 및 상기 제2의 부분광을 투과하는 슬릿을 더 구비하는 레이저 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는,
    상기 제1의 부분광 또는 상기 제2의 부분광을 투과하는 슬릿과,
    상기 투과한 제1의 부분광 또는 제2의 부분광을 검출하는 광 검출기를 구비하는 레이저 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 제1의 부분광 또는 상기 제2의 부분광을 투과하도록 구동 가능한 가동(可動) 슬릿인 레이저 처리 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는, 상기 투과한 제1의 부분광 또는 제2의 부분광을 상기 광 검출기에 집광하는 집광 렌즈를 더 구비하는 레이저 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터부는, 상기 제1의 부분광 및 상기 제2의 부분광의 파형을 비교하는 레이저 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모니터부는, 상기 파형의 평가 파라미터의 차(差)를 구하는 레이저 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 평가 파라미터는, 상기 파형의 피크 값 또는 에너지를 포함하는 레이저 처리 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 모니터부는, 상기 파형의 평가 파라미터의 통계 값의 차를 구하는 레이저 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 통계 값은, 분산값, 평균값, 최소값, 또는 최대값을 포함하는 레이저 처리 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 레이저 발생 장치에서의 상기 레이저 광의 발생 조건을 제어하는 제어부를 더 구비하는 레이저 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이저 발생 장치가 갖는 공진기 미러의 각도를 제어하는 레이저 처리 장치.
  20. (A)피처리체에 조사하기 위한 레이저 광을 발생시키는 단계와,
    (B)상기 레이저 광에 포함되는 제1의 부분광 및 제2의 부분광을 검출하는 단계와,
    (C)상기 제1의 부분광의 검출 결과와 상기 제2의 부분광의 검출 결과를 비교하는 단계를, 포함하는 레이저광 모니터 방법.
  21. 제20항에있어서,
    (D)상기 비교 결과에 기초하여, 상기 레이저 광의 발생 조건을 제어하는 단계를 더 구비하는 레이저 광 모니터 방법.
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