特開 2025-24655 レーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025024655

(43)【公開日】2025-02-20

(54)【発明の名称】レーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20250213BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20250213BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20250213BHJP

   H10D 30/01 20250101ALI20250213BHJP

   H10K 59/12 20230101ALI20250213BHJP

【ＦＩ】

H01L21/268 T

H01L21/265 602C

H01L21/268 J

H01L21/20

H01L29/78 627G

H10K59/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023191215

(22)【出願日】2023-11-09

(31)【優先権主張番号】P 2023128365

(32)【優先日】2023-08-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】521476506

【氏名又は名称】ＪＳＷアクティナシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】大森 賢一

(72)【発明者】

【氏名】鄭 石煥

(72)【発明者】

【氏名】小林 直之

【テーマコード（参考）】

3K107

5F110

5F152

【Ｆターム（参考）】

3K107AA01

3K107BB01

3K107CC33

3K107CC45

3K107EE04

5F110CC07

5F110DD02

5F110GG02

5F110GG13

5F110GG44

5F110NN71

5F110PP03

5F110PP23

5F152AA02

5F152AA17

5F152BB02

5F152BB06

5F152CC02

5F152CE05

5F152EE02

5F152EE03

5F152EE08

5F152EE10

5F152FF03

5F152FF06

5F152FF09

5F152FF28

5F152FG03

5F152FG12

5F152FG23

5F152FH03

5F152FH07

5F152FH19

(57)【要約】

【課題】安定してアニールプロセスを行うことができるレーザアニール装置、レーザアニール方法、製造方法を提供することである。
【解決手段】本実施の形態にかかるレーザアニール装置は、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源１１と、レーザ光Ｌ１を半導体膜に照射するアニール光学系１０と、プローブ光Ｌ２を出射するプローブ光源２１と、レーザ光Ｌ１が照射された後の半導体膜にプローブ光Ｌ２を照射する光学系と、基板１００を透過したプローブ光の透過光又は基板で反射したプローブ光の反射光を検出する光検出器２５と、基板１００に対する照射位置を変えていくよう、基板１００を搬送する搬送路と、基板を搬送したときの光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定する処理部と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を前記半導体膜に照射するアニール光学系と、
プローブ光を出射するプローブ光源と、
前記レーザ光が照射された後の前記半導体膜に前記プローブ光を照射する光学系と、
前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射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及び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搬送路と、
前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定する処理部と、を備えたレーザアニール装置。

【請求項2】

前記レーザ光がパルスレーザ光であり、
前記アニール光学系には、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形する成形光学系が設けられている請求項１に記載のレーザアニール装置。

【請求項3】

前記アニール光学系が、前記レーザ光が基板上においてライン状の照射領域を形成するように、前記レーザ光を前記基板に照射し、
前記基板上において、前記プローブ光の照射位置が前記照射領域と重複し、
平面視において、前記照射領域の長手方向が、前記搬送路の搬送方向から傾いている請求項１に記載のレーザアニール装置。

【請求項4】

前記アニール光学系が前記レーザ光を前記半導体膜に照射することで、前記半導体膜が溶融し、
溶融状態の前記半導体膜に前記プローブ光が照射されている請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。

【請求項5】

（Ａ）基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、
（Ｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、
（Ｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、
（Ｄ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、
（Ｅ）前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、
（Ｆ）前記プロセス条件で前記レーザ光を基板に照射するレーザアニールを行い、前記半導体膜を結晶化するステップと、を備えたレーザアニール方法。

【請求項6】

前記レーザ光がパルスレーザ光であり、
前記（Ｅ）のステップでは、前記プロセス条件として、前記パルスレーザ光のパルス波形を調整する請求項５に記載のレーザアニール方法。

【請求項7】

前記（Ａ）のステップでは、前記レーザ光が基板上においてライン状の照射領域を形成するように、前記レーザ光を前記基板に照射し、
前記基板上において、前記プローブ光の照射位置が前記照射領域と重複し、
平面視において、前記照射領域の長手方向が、前記基板の搬送方向から傾いている請求項５に記載のレーザアニール方法。

【請求項8】

前記（Ａ）のステップでは、前記レーザ光を前記半導体膜に照射することで、前記半導体膜が溶融し、
溶融状態の前記半導体膜に前記プローブ光が照射されている請求項５～７のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。

【請求項9】

（Ｓ１）レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、
（Ｓ２）基板上に非晶質の半導体膜を形成するステップと、
（Ｓ３）前記半導体膜を結晶化するよう、前記プロセス条件で前記半導体膜にレーザ光を照射して、レーザアニールを行うステップと、を備え、
（Ｓ１）プロセス条件を設定するステップは、
（ａ）基板上に形成された半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、
（ｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、
（ｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、
（ｄ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、
（ｅ）前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、を備えた半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記レーザ光がパルスレーザ光であり、
前記（ｅ）のステップでは、前記プロセス条件として、前記パルスレーザ光のパルス波形を調整する請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記（ａ）のステップでは、前記レーザ光が基板上においてライン状の照射領域を形成するように、前記レーザ光を前記基板に照射し、
前記基板上において、前記プローブ光の照射位置が前記照射領域と重複し、
平面視において、前記照射領域の長手方向が、前記基板の搬送方向から傾いている請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記（ａ）のステップでは、前記レーザ光を前記半導体膜に照射することで、前記半導体膜が溶融し、
溶融状態の前記半導体膜に前記プローブ光が照射されている請求項９～１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を前記半導体膜に照射するアニール光学系と、
プローブ光を出射するプローブ光源と、
前記レーザ光が照射された後の前記半導体膜に前記プローブ光を照射する光学系と、
前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射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及び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搬送路と、
前記レーザ光の一部を取り出すビームサンプラと、
前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光を検出するレーザ光検出器と、
前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定する処理部と、を備えたレーザアニール装置。

【請求項14】

前記処理部が、前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、前記レーザ光の照射による前記半導体膜の溶融時間を計測し、
前記溶融時間が変化した場合に、前記レーザ光のパルス波形を基準波形に近づけるように、前記パルス波形を調整する請求項１３に記載のレーザアニール装置。

【請求項15】

２つのパルスレーザ光を合成した前記レーザ光が前記半導体膜に照射され、
前記２つのパルスレーザ光の少なくとも一方の強度又は光路を変えることで前記パルス波形を調整する請求項１４に記載のレーザアニール装置。

【請求項16】

（ＳＴＡ）基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、
（ＳＴＢ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、
（ＳＴＣ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、
（ＳＴＤ）前記レーザ光の光路中に配置されたビームサンプラによって前記レーザ光の一部を取り出すステップと、
（ＳＴＥ）前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光をレーザ光検出器で検出するステップと、
（ＳＴＦ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、
（ＳＴＧ）前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、
（ＳＴＨ）前記プロセス条件で前記レーザ光を基板に照射するレーザアニールを行い、前記半導体膜を結晶化するステップと、を備えたレーザアニール方法。

【請求項17】

前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、前記レーザ光の照射による前記半導体膜の溶融時間を計測し、
前記溶融時間が変化した場合に、前記レーザ光のパルス波形を基準波形に近づけるように、前記パルス波形を調整する請求項１６に記載のレーザアニール方法。

【請求項18】

２つのパルスレーザ光を合成した前記レーザ光が前記半導体膜に照射され、
前記２つのパルスレーザ光の少なくとも一方の強度又は光路長を変えることで前記パルス波形を調整する請求項１７に記載のレーザアニール方法。

【請求項19】

（Ｓ１）レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、
（Ｓ２）基板上に非晶質の半導体膜を形成するステップと、
（Ｓ３）前記半導体膜を結晶化するよう、前記プロセス条件で前記半導体膜にレーザ光を照射して、レーザアニールを行うステップと、を備え、
（Ｓ１）プロセス条件を設定するステップは、
（ｓｔａ）基板上に形成された半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、
（ｓｔｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、
（ｓｔｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、
（ｓｔｄ）前記レーザ光の光路中に配置されたビームサンプラによって前記レーザ光の一部を取り出すステップと、
（ｓｔｅ）前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光をレーザ光検出器で検出するステップと、
（ｓｔｆ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、
（ｓｔｇ）前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、を備えた半導体装置の製造方法。

【請求項20】

前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、前記レーザ光の照射による前記半導体膜の溶融時間を計測し、
前記溶融時間が変化した場合に、前記レーザ光のパルス波形を基準波形に近づけるように、前記パルス波形を調整する請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項21】

２つのパルスレーザ光を合成した前記レーザ光が前記半導体膜に照射され、
前記２つのパルスレーザ光の少なくとも一方の強度又は光路長を変えることで前記パルス波形を調整する請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ライン状にレーザ光を基板に照射するレーザ照射装置が開示されている。このレーザ照射装置は、基板を浮上する浮上ユニットと、浮上ユニット上の基板を吸着保持する保持機構と、保持機構を搬送方向に移動する移動機構とを備えている。上面視において、矩形状の浮上ユニットの端辺にそれぞれ移動機構が設けられている。４つの移動機構が基板を循環搬送している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８８７２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなレーザアニール装置では、安定してレーザアニールプロセスを行うことが望まれる。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施の形態によれば、レーザアニール装置は、基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を前記半導体膜に照射するアニール光学系と、プローブ光を出射するプローブ光源と、前記レーザ光が照射された後の前記半導体膜に前記プローブ光を照射する光学系と、前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射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及び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搬送路と、前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定する処理部と、を備えている。

【0007】

一実施の形態によれば、レーザアニール方法は、（Ａ）基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、（Ｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、（Ｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、（Ｄ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、（Ｅ）前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、（Ｆ）前記プロセス条件で前記レーザ光を基板に照射するレーザアニールを行い、前記半導体膜を結晶化するステップと、を備えている。

【0008】

一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、（Ｓ１）レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、（Ｓ２）基板上に非晶質の半導体膜を形成するステップと、（Ｓ３）前記半導体膜を結晶化するよう、前記プロセス条件で前記半導体膜にレーザ光を照射して、レーザアニールを行うステップと、を備え、（Ｓ１）プロセス条件を設定するステップは、（ａ）基板上に形成された半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、（ｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、（ｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、（ｄ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、（ｅ）前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、を備えている。

【0009】

一実施の形態によれば、レーザアニール装置は、基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を前記半導体膜に照射するアニール光学系と、プローブ光を出射するプローブ光源と、前記レーザ光が照射された後の前記半導体膜に前記プローブ光を照射する光学系と、前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射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及び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搬送路と、前記レーザ光の一部を取り出すビームサンプラと、前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光を検出するレーザ光検出器と、前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定する処理部と、を備えている。

【0010】

一実施の形態によれば、レーザアニール方法は、（ＳＴＡ）基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、（ＳＴＢ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、（ＳＴＣ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、（ＳＴＤ）前記レーザ光の光路中に配置されたビームサンプラによって前記レーザ光の一部を取り出すステップと、（ＳＴＥ）前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光をレーザ光検出器で検出するステップと、（ＳＴＦ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、（ＳＴＧ）前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、（ＳＴＨ）前記プロセス条件で前記レーザ光を基板に照射するレーザアニールを行い、前記半導体膜を結晶化するステップと、を備えている。

【0011】

一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、（Ｓ１）レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、（Ｓ２）基板上に非晶質の半導体膜を形成するステップと、（Ｓ３）前記半導体膜を結晶化するよう、前記プロセス条件で前記半導体膜にレーザ光を照射して、レーザアニールを行うステップと、を備え、（Ｓ１）プロセス条件を設定するステップは、（ｓｔａ）基板上に形成された半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップと、（ｓｔｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップと、（ｓｔｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップと、（ｓｔｄ）前記レーザ光の光路中に配置されたビームサンプラによって前記レーザ光の一部を取り出すステップと、（ｓｔｅ）前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光をレーザ光検出器で検出するステップと、（ｓｔｆ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップと、（ｓｔｇ）前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップと、を備えている。

【発明の効果】

【0012】

前記一実施の形態によれば、安定してアニールプロセスを行うことができるレーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】レーザアニール装置の構成を示す側面図である。

【図2】レーザアニール装置の構成を示す側面図である。

【図3】基板上におけるレーザ光とプローブ光を説明するための模式図である。

【図4】実施形態２にかかるレーザアニール装置の構成を示す側面図である。

【図5】実施形態３にかかるレーザアニール装置の構成を示す側面図である。

【図6】レーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ３の検出光量を示すグラフである。

【図7】実施の形態４にかかるレーザアニール装置の構成を示す側面図である。

【図8】レーザアニール装置におけるパルス波形の調整方法を示すフローチャートである。

【図9】パルス波形を調整するための構成の一例を示す模式図である。

【図10】パルス波形を調整するための構成の一例を示す模式図である。

【図11】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。

【図12】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。

【図13】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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

図１、図２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を模式的に示す側面図である。図２は、ＥＬＡ装置１の構成を模式的に示すＸＹ平面図である。

【0016】

図１に示されているように、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。

【0017】

なお、図１、図２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の短手方向となり、Ｙ方向は基板１００の長手方向となる。

【0018】

また、ＥＬＡ装置１では、レーザ光Ｌ１が、Ｙ方向を長手方向とするラインビームとなっている。リニアモータなどによって基板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。

【0019】

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、浮上ユニット４３と、保持機構４４と、チャンバ５０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、プローブ光Ｌ３の検出結果に基づいて、アニールプロセスのプロセス条件を決定している。

【0020】

ＥＬＡ装置１の光学系は、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、集光レンズ２４、光検出器２５、処理装置２６、フィルタ２７等を備えている。なお、図２では、プロジェクションレンズ１３が省略されている。

【0021】

基板１００は、浮上ユニット４３の上に配置されている。浮上ユニット４３は、基板１００を浮上するためのガスを噴出している。浮上ユニット４３が上方にガスを噴出することで、基板１００が浮上ユニット４３の上に浮上する。つまり、基板１００と浮上ユニット４３との間にはエアギャップ（図１では不図示）が設けられた状態となる。

【0022】

さらに、基板１００を保持する保持機構４４が設けられている。保持機構４４と浮上ユニット４３が基板１００を搬送する搬送路を形成する。保持機構４４は、基板１００の－Ｙ側の端部を保持するよう、浮上ユニット４３の外側に配置されている。保持機構４４は基板１００の端部を真空吸着する。そして、基板１００を保持した保持機構４４が図示しない移動機構によりＸ方向に移動する。これにより、基板１００がＸ方向に搬送されるため、基板１００におけるレーザ光Ｌ１の照射位置が変化する。基板１００がライン状の照射領域Ｐ１を通過することで、基板１００のほぼ半分にレーザ光が照射される。そして、基板１００をＺ軸周りに１８０°回転して同様に搬送することで、基板１００のほぼ全面にレーザ光Ｌ１を照射することができる。

【0023】

なお、チャンバ５０は、浮上ユニット４３や光学系を収容している。例えば、チャンバ５０内には、浮上ユニット４３、保持機構４４、集光レンズ２４、フィルタ２７、光検出器２５などが配置されている。また、チャンバ５０には、レーザ光Ｌ１及びプローブ光Ｌ２が透過するウィンドウ５１が設けられている。よって、ウィンドウ５１を通過したレーザ光Ｌ１及びプローブ光Ｌ２が基板１００に入射する。

【0024】

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１９に向けて出射する。ミラー１９で反射されたレーザ光Ｌ１は成形光学系６０に入射する。成形光学系６０は、レーザ光Ｌ１を成形する。

【0025】

成形光学系６０は、光軸と直交する平面において、レーザ光Ｌ１の空間分布を変えるように、レーザ光Ｌ１を成形してもよい。例えば、成形光学系６０は、基板１００上においてラインビームを形成するように、レーザ光Ｌ１を成形してもよい、さらに、基板１００上において、ラインビームがトップフラット分布を有するように、レーザ光Ｌ１を成形してもよい。

【0026】

さらに、成形光学系６０は、レーザ光Ｌ１のパルス波形などを調整することができる。例えば、成形光学系６０は、分岐用のビームスプリッタ、合成用のビームスプリッタ、及びミラーなどを有している。分岐用のビームスプリッタで分岐された２本のビームが複数枚のミラーで反射される。そして、ミラーで反射された２本のビームが合成用のビームスプリッタで合成される。少なくとも一方のビーム光路において、ミラーの間隔を変えることで、ビームの光路長が変化する。これにより、レーザ光Ｌ１が所望のパルス長となるように、パルス波形を調整することができる。

【0027】

成形光学系６０で成形されたレーザ光Ｌ１は、ミラー１２に入射する。ミラー１２、及びプロジェクションレンズ１３が、基板１００の真上に配置されている。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、プローブ光Ｌ２の波長の光を透過し、レーザ光Ｌ１の波長の光を反射する波長特性を有している。したがって、ミラー１２は、レーザ光Ｌ１を反射する。ミラー１２で反射されたレーザ光Ｌ１は、－Ｚ方向かつ－Ｘ方向の斜め方向に進んでいく。

【0028】

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からのレーザ光Ｌ１はウィンドウ５１を介して、基板１００に入射する。

【0029】

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３を参照して、基板１００（シリコン膜１０１）上におけるレーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１の形状とその空間分布について説明する。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、Ｘ方向を短手方向とするラインビームとなっている。＋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。また、搬送方向は、ラインビームの長手方向から傾いている方向であれば、直交するＸ方向でなくてもよい。

【0030】

例えば、Ｘ方向における照射領域Ｐ１は、７５０ｍｍ以上とすることができる。Ｙ方向における照射領域Ｐ１のサイズは４００μｍ以下とすることができる。また、Ｘ方向、及びＹ方向において、レーザ光Ｌ１はトップフラット分布となっている。もちろん、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方向で、レーザ光Ｌ１は、ガウス分布となっていてもよい。

【0031】

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について説明する。照明光学系２０は、基板１００の上側（＋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。

【0032】

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をミラー１２に向けて反射する。ミラー１２はダイクロイックミラーであるため、プローブ光Ｌ２を透過する。ここでは、プローブ光Ｌ２とレーザ光Ｌ１の光軸が一致している。例えば、レーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２の光軸は、プロジェクションレンズ１３の光軸と一致している。

【0033】

ミラー１２を透過したプローブ光Ｌ２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からのプローブ光Ｌ２は、ウィンドウ５１を介して、基板１００に入射する。プロジェクションレンズ１３は、プローブ光Ｌ２をシリコン膜１０１に集光する。

【0034】

図３に示すように、プロジェクションレンズ１３は、プローブ光Ｌ２が微小スポットとなるように、プローブ光Ｌ２を集光する。シリコン膜１０１において、プローブ光Ｌ２は、照射領域Ｐ１に入射する。つまり、ＸＹ平面において、プローブ光Ｌ２の照射スポットは、照射領域Ｐ１と重複している。シリコン膜１０１上では、Ｙ方向におけるレーザ光Ｌ１の中心近傍に、プローブ光Ｌ２のスポットが形成される。例えば、プローブ光Ｌ２のスポット径は３００μｍ程度となっている。

【0035】

なお、シリコン膜１０１におけるプローブ光Ｌ２の照射位置は、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１あるいはその近傍にあればよい。例えば、図３の破線に示すように、Ｙ方向における照射領域Ｐ１の端部近傍に、プローブ光Ｌ２が照射されていてもよい。プローブ光Ｌ２の照射位置は、照射領域Ｐ１に含まれていてもよい。また、プローブ光Ｌ２の照射位置は、照射領域Ｐ１と重複する位置に限らず、照射領域Ｐ１からずれていてもよい。例えば、プローブ光Ｌ２の照射位置が、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｐ１から＋Ｘ方向にずれていてもよい。この場合、レーザ光Ｌ１がシリコン膜１０１に照射した直後において、プローブ光Ｌ２がシリコン膜１０１に入射する。したがって、レーザ光Ｌ１によってシリコン膜１０１が溶融している状態で、プローブ光Ｌ２がシリコン膜１０１に入射する。

【0036】

また、シリコン膜１０１の複数箇所にプローブ光Ｌ２が照射されていてもよい。例えば、Ｙ方向における照射領域Ｐ１の中心、及び両端近傍の３箇所に、プローブ光Ｌ２が照射されていてもよい。複数のプローブ光Ｌ２をシリコン膜１０１に照射する場合、複数のプローブ光源２１を用いることができる。あるいは、１つのプローブ光源２１からのプローブ光Ｌ２をビームスプリッタなどで分岐して、複数のビームとしてもよい。

【0037】

プローブ光Ｌ２の少なくとも一部は、シリコン膜１０１を透過する。プローブ光Ｌ２のうち、シリコン膜１０１を透過した透過光をプローブ光Ｌ３とする。浮上ユニット４３には、プローブ光Ｌ３が通過するための開口部４３ａが設けられている。プローブ光Ｌ３は、開口部４３ａを通過した後、検出光学系３０を伝播する。

【0038】

基板１００の下に配置された検出光学系３０について説明する。検出光学系３０は、集光レンズ２４とフィルタ２７とを備えている。集光レンズ２４とフィルタ２７は浮上ユニット４３の下側に配置されている。

【0039】

開口部４３ａ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。さらに、集光レンズ２４と光検出器２５の間にはフィルタ２７が配置されている。フィルタ２７は、プローブ光Ｌ３の波長の光を透過し、レーザ光Ｌ１の波長をカットする波長フィルタである。これにより、浮上ユニット４３やチャンバ５０などで拡散されたレーザ光Ｌ１が光検出器２５に入射することを防ぐことができる。例えば、フィルタ２７はバンドパスフィルタやロングパスフィルタなどである。

【0040】

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。処理装置２６はメモリやプロセッサなどを有するコンピュータである。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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

ここで、シリコン膜１０１の透過率は、シリコンの溶融状態に応じて変化する。具体的には、シリコンが溶融すると、反射率が増加して、透過率が減少する。シリコンが十分に溶融していない場合、プローブ光Ｌ３の透過光量が減少する。光検出器２５の検出光量は、シリコン膜１０１の状態に応じて変化する。処理装置２６は、光検出器２５からの検出信号に基づいて、成形光学系６０を制御する。具体的には、処理装置２６は、ポリシリコン膜１０１ｂのばらつきが小さくなるようのパルス波形を制御する。例えば、処理装置２６は、パルス長などを制御するための制御信号を生成して、成形光学系６０に出力する。これにより、成形光学系６０のミラーの位置が調整され、パルス波形が変化する。

【0044】

このように、レーザ光Ｌ１の照射直後の領域にプローブ光Ｌ２が照射されている。つまり、溶融状態のシリコン膜１０１にプローブ光Ｌ２が入射する。そして、基板１００を透過したプローブ光Ｌ３を光検出器２５が検出する。そして、光検出器２５からの検出信号に基づいて、処理装置２６がパルス波形を決定する。このようにすることで、ＥＬＡ装置１は、照射ムラを抑制することができるプロセス条件を設定することができる。処理装置２６は、アニールプロセスに最適なプロセス条件を決定することができる。ＥＬＡ装置１は、設定したプロセス条件で、生産用の基板１００に対してアニールプロセスを実行する。安定したアニールプロセスを実現することができる。このようにすることで、生産性を向上することができる。

【0045】

なお、レーザアニールのプロセス条件はパルス波形に限られるものではない。例えば、プロセス条件は、レーザ光Ｌ１のピーク強度、繰り返し周波数、空間分布、偏光状態等であってもよい。さらに、、基板１００の搬送速度や、搬送方向からのラインビームの傾き角度をプロセス条件としてもよい。また、最適なプロセス条件を設定するための複数の基板１００を処理してもよい。

【0046】

なお、基板１００の上方には、光学系モジュール４０が配置されている。光学系モジュール４０は上記の光学系の少なくとも一部を搭載している。具体的には、光学系モジュール４０は、ミラー１９、成形光学系６０、ミラー１２、プロジェクションレンズ１３を備えている。光学系モジュール４０は、チャンバ５０に設置されている。

【0047】

また、上記のように、複数のプローブ光Ｌ２を基板１００に照射してもよい。そして、基板１００を透過した複数のプローブ光Ｌ３をそれぞれ、光検出器２５が検出してもおい。この場合、複数のプローブ光Ｌ３に対応する複数の光検出器２５を基板１００の下に配置してもよい。そして、複数のプローブ光Ｌ３の検出信号の平均値などに基づいて、処理装置２６がプロセス条件を設定する。これにより、より適したプロセス条件でアニール処理を行うことができる。

【0048】

実施の形態２
本実施形態にかかるＥＬＡ装置１の構成について、図４を用いて説明する。図４は、ＥＬＡ装置１の構成を模式的に示す側面図である。本実施の形態のＥＬＡ装置１は、レーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２とが同軸となっていない点で、実施と形態１と異なっている。なお、ＥＬＡ装置１の主要な構成については実施の形態１と同様であるため、適宜説明を省略する。例えば、図４において、レーザ光源１１、ミラー１２、成形光学系６０等については省略されている。

【0049】

プローブ光源２１からのプローブ光Ｌ２は、ミラー２２に入射する。ミラー２２は、基板１００の上に配置されている。ミラー２２は、プローブ光Ｌ２を基板１００に向けて反射する。ミラー２２で反射したプローブ光Ｌ２は、レンズ２８で基板１００に集光される。したがって、図３で示したように、プローブ光Ｌ２は、基板１００上において、微小なスポットを形成する。なお、プローブ光Ｌ２はレーザ光Ｌ１と同軸となっていないため、プローブ光Ｌ２はプロジェクションレンズ１３に入射していない。したがって、プローブ光Ｌ２はプロジェクションレンズ１３の外側から、基板１００に入射する。

【0050】

基板１００を透過したプローブ光Ｌ２をプローブ光Ｌ３とする。プローブ光Ｌ３は、浮上ユニット４３の開口部４３ａを通過して、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の受光面に集光する。集光レンズ２４からのプローブ光Ｌ３はフィルタ２７を介して、光検出器２５に入射する。

【0051】

このような構成においても、実施の形態１と同様に、レーザ光Ｌ１の適切なプロセス条件を設定することができる。つまり、検出信号に基づいて、成形光学系６０がレーザ光Ｌ１のパルス波形を成形する。よって、安定したアニールプロセスが可能となり、生産性を向上することができる。なお、実施の形態２では、プローブ光Ｌ２がミラー１２に入射しないため、ミラー１２を金属反射ミラーや多層膜反射ミラーとすることができる。

【0052】

図１、図４において、基板１００の下側に光検出器２５が配置され、上側にプローブ光源２１が配置されていたが、プローブ光源２１と光検出器２５の配置が上下反対でもよい。例えば、光検出器２５が、基板１００の上側に配置され、プローブ光源２１が基板１００の下側に配置されていてもよい。この場合も、プローブ光が、プロジェクションレンズ１３を通過してもよく、通過しなくてもよい。

【0053】

実施の形態３
本実施形態にかかるＥＬＡ装置１の構成について、図５を用いて説明する。図５は、ＥＬＡ装置１の構成を模式的に示す側面図である。本実施の形態のＥＬＡ装置１では、光検出器２５が基板１００で反射した反射光を検出している点で、実施と形態１、２と異なっている。つまり、光検出器２５は基板１００を透過した透過光を検出していない。なお、実施の形態１，２と同様の構成については、適宜説明を省略する。例えば、アニール光学系１０については、実施の形態１であり、照明光学系２０は実施の形態２と同様であるため、これらの説明を省略する。

【0054】

実施の形態３では、検出光学系３０が基板１００の上に配置されている。具体的には、集光レンズ２４、ミラー２９、フィルタ２７、光検出器２５がチャンバ５０の上側に配置されている。

【0055】

シリコン膜１０１で反射した反射光をプローブ光Ｌ４とする。プローブ光Ｌ４は、ウィンドウ５１を透過して、集光レンズ２４に入射する。集光レンズ２４からのプローブ光Ｌ４は、ミラー２９で反射して、フィルタ２７に入射する。フィルタ２７を透過したプローブ光Ｌ４が光検出器２５に入射する。このような構成によっても実施の形態１、２と同様に、適切なプロセス条件を設定することができるため、安定したプロセスが可能となる。

【0056】

さらに、本実施の形態では浮上ユニット４３の代わりに、基板１００を吸着するステージ４６が用いられている。つまり、基板１００がステージ４６の上に載せられている。ステージ４６は、基板１００を真空吸着等により保持する。さらに、ステージ４６は駆動ステージであり、基板１００をＸ方向に搬送する。よって、ステージ４６が移動することで、基板１００に対するレーザ光Ｌ１及びプローブ光Ｌ２の照射位置が変化する。このように、ステージ４６が基板１００を搬送する搬送路を形成する。

【0057】

このように、実施の形態３では、基板１００で反射されたした反射光がプローブ光Ｌ４となっている。もちろん、実施の形態１、２のように基板１００を透過した透過光がプローブ光Ｌ３となっていてもよい。つまり、光検出器２５は基板１００を透過した透過光を検出してもよく、基板１００で反射した反射光を検出してもよい。さらには、光検出器２５を２つ以上用意して、透過光と反射光の両方を検出してもよい。

【0058】

図６は、レーザ光Ｌ１のパルス波形と、反射光強度（プローブ光Ｌ４の検出光量）を示すグラフである。横軸は時間、縦軸は、光量となっている。シリコン膜１０１の溶融が進むにつれて、反射率が高くなるため、反射光強度が高くなる。レーザ光Ｌ１のパルス波形のピークから溶融が開始するため、反射光強度が変化する。ピークの直後に反射光強度が最大値を示す。反射光強度の最大値がシリコンの最大溶融深さを示す。最大溶融深さに到達後、膜厚方向に徐々に固化が進んでいくため、反射光強度が徐々に減少していく。シリコンが完全に固化した状態になり、反射光強度がパルス光照射前に戻る。

【0059】

そして、処理装置２６は、溶融時間がより長くなるに、プロセス条件を変更する。溶融時間は図６のｔ１からｔ２までの時間で示される。パルス光の１ショットで、シリコンがより長い時間溶融状態となるパルス波形を設定する。つまり、ｔ２の時間が遅くなるようにパルス波形のプロセス条件を設定する。このようにすることで、より安定したアニールプロセスが可能となる。なお、ｔ２は、シリコンの固化が進み、反射光強度が閾値を下回るタイミングに対応する。

【0060】

本実施の形態にかかるＥＬＡ装置を用いたレーザアニール方法は、以下のステップ（Ａ）～（Ｆ）を有していてもよい。
（Ａ）基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップ。
（Ｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップ。
（Ｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップ。
（Ｄ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップ。
（Ｅ）前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップ。
（Ｆ）前記プロセス条件で前記レーザ光を基板に照射するレーザアニールを行い、前記半導体膜を結晶化するステップ。
これにより、安定してレーザアニールを行うことができる。

【0061】

本実施の形態にかかるＥＬＡ装置を用いたレーザアニール方法は、以下のステップ（ＳＴＡ）～（ＳＴＨ）を有していてもよい。
（ＳＴＡ）基板上に形成された非晶質の半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップ。
（ＳＴＢ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップ。
（ＳＴＣ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップ。
（ＳＴＤ）前記レーザ光の光路中に配置されたビームサンプラによって前記レーザ光の一部を取り出すステップと。
（ＳＴＥ）前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光をレーザ光検出器で検出するステップ。
（ＳＴＦ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップ。
（ＳＴＧ）前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップ。
（ＳＴＨ）前記プロセス条件で前記レーザ光を基板に照射するレーザアニールを行い、前記半導体膜を結晶化するステップ。

【0062】

さらに、プロセス条件の設定では、条件出し専用の基板を用いてもよく、実際のデバイスが形成された実基板を用いてもよい。また、プロセス条件の設定は定期的に行うことが好ましい。例えば、数日、あるいは数週間毎に、プロセス条件を設定するための基板１００を搬送して、レーザアニールを行ってもよい。そして、最新の測定結果に基づいて、プロセス条件を更新する。

【0063】

また、プロセス条件は、プロセス中に更新してもよい。つまり、処理装置２６が、測定結果に基づいてフィードバックを行うことで、プロセス中にプロセス条件を最適化することができる。これにより、ＥＬＡ装置１が、最適なプロセス条件で、レーザアニールを行うことができる。

【0064】

実施の形態４
実施の形態４にかかるＥＬＡ装置１について、図７を用いて説明する。図７は、ＥＬＡ装置１の構成を模式的に示す側面図である。本実施の形態では、アニール光学系１０にレンズ１５、及びレーザ光検出器１６が追加されている。さらに、アニール光学系１０、照明光学系２０において、ミラー１２の代わりに、レーザ光の一部を取り出すビームサンプラ１４が設けられている。ビームサンプラ１４、レンズ１５、及びレーザ光検出器１６以外の基本的な構成については、上記の実施の形態と同様であるため、適宜説明を省略する。

【0065】

レーザ光Ｌ１の光路中にビームサンプラ１４が配置されている。具体的には、ビームサンプラ１４が入射光の一部を透過して、残りを反射する部分透過ミラーとなっている。例えばビームサンプラ１４は、レーザ波長に対する反射率が高くなっており、透過率が低い光学特性を有している。あるいは、ビームサンプラ１４が微小な穴が開いている穴開きミラーとなっていてもよい。このようにすることで、ビームサンプラ１４がレーザ光Ｌ１の一部を取り出す。ビームサンプラ１４はレーザ光Ｌ１の大半をプロジェクションレンズ１３に向けて反射する。

【0066】

ビームサンプラ１４を透過したレーザ光を光ビームＬ５とする。光ビームＬ５は、レンズ１５を介して、レーザ光検出器１６に入射する。レンズ１５は、光ビームＬ５をレーザ光検出器１６に集光する。レーザ光検出器１６はフォトダイオードなどであり、光ビームＬ５を検出する。レーザ光検出器１６は、光ビームＬ５を検出して、検出光量に応じた検出信号を処理装置２６に出力する。

【0067】

処理装置２６は光ビームＬ５のパルス波形を検出することができる。そして、処理装置２６は、光ビームＬ５のパルス波形に基づいて、プロセス条件を設定する。例えば、処理装置２６は、図６に示した溶融時間が長くなるようにプロセス条件を調整する。

【0068】

具体的には、処理装置２６には、溶融時間が長くなるような基準波形が予め登録されていてもよい。そして、処理装置２６はパルス波形が基準波形に近づくように、プロセス条件を設定する。具体的に、処理装置２６はパルス光のピーク強度を調整する。あるいは、図５に示した第１ピーク（１ｓｔ Ｐｅａｋ）と第２ハンプ（２ｎｄ Ｈｕｍｐ）の時間間隔を調整する。このようにすることで、安定してアニールを行うことができる。

【0069】

処理装置２６によるパルス波形調整について、図８を用いて説明する。図８は、パルス波形の調整方法を示すフローチャートである。なお、ここでは、図７に示したように、レーザ光検出器１６が光ビームＬ５を検出し、光検出器２５がプローブ光Ｌ３を検出しているとする。処理装置２６は、図６に示したように、光ビームＬ５のパルス波形と、プローブ光Ｌ３のパルス波形を検出している。また、プローブ光Ｌ３は、基板１００で反射した反射光であるとして説明するが、基板１００を透過した透過光であってもよい。

【0070】

まず、処理装置２６がプローブ光Ｌ３の検出結果から溶融時間を計測する（Ｓ１０１）。上記の通り、シリコンが溶融すると、反射率が増加して、透過率が減少する。従って、プローブ光Ｌ３の検出結果から処理装置２６が溶融時間を算出することができる。例えば、図６に示すように、溶融時間はｔ１からｔ２までの期間である。ｔ１は、光ビームＬ５のピーク時間に対応する。ｔ２は、プローブ光Ｌ３である反射光強度が閾値レベルを下回った時間に対応する。よって、ｔ１からｔ２の期間を溶融時間として設定することができる。

【0071】

次に、処理装置２６が溶融時間に変化があったか否かを判定する（Ｓ１０２）。例えば、処理装置２６は、最新のパルス照射による溶融時間と、前回のパルス照射による溶融時間とを比較して、溶融時間が変化したか否を判定する。あるいは、処理装置２６は、溶融時間を予め設定された閾値時間と比較することで、溶融時間が変化したことを検出してもよい。

【0072】

溶融時間に変化がない場合（Ｓ１０２のＮＯ）、処理装置２６が引き続き溶融時間を計測する。溶融時間に変化がある場合（Ｓ１０２のＹＥＳ）、処理装置２６がパルス波形を比較する（Ｓ１０３）。例えば処理装置２６には、標準パルス波形が予め登録されている。標準パルス波形は溶融時間を長くすることができる波形である。標準パルス波形は、図６で示した第１ピークと第２ハンプとの時間間隔や強度比に関する情報を含んでいる。処理装置２６は、測定したパルス波形を標準パルス波形と比較する。

【0073】

次に、処理装置２６は、比較結果に基づいて、補正方法を演算する（Ｓ１０４）。例えば、処理装置２６は測定したパルス波形を標準パルス波形に近づけるような補正演算を行う。具体的には、処理装置２６は、第１ピークと第２ハンプとの時間間隔、強度に関する補正量を算出する。処理装置２６は、パルス波形が標準パルス波形に近づけるように、補正量を演算する。例えば、処理装置２６は、第１ピークと第２ハンプとの時間間隔を長くするように、第２ハンプの補正量を算出する。あるいは、処理装置２６は、第１ピークや第２ハンプの強度比に関する補正量を算出する。

【0074】

そして、処理装置２６は、パルス波形を補正する（Ｓ１０５）。例えば、処理装置２６は、レーザ光強度等を変えるような補正信号をレーザ光源１１に出力する。処理装置２６は、第１ピークと第２ハンプとの時間間隔を変えるような補正信号をレーザ光源１１に出力する。あるいは、処理装置２６は、レーザ光強度を変えるような補正信号をレーザ光源１１に出力する。このようにすることで、ＥＬＡ装置１が、適切なプロセス条件でレーザアニールを行うことができるため、シリコンを安定して結晶化することができる。

【0075】

（パルス波形調整）
次に、パルス波形を調整するための構成について、図９を用いて説明する。図９は、レーザ光源１１として２つのレーザ光源１１ａ、１１ｂを備える構成を模式的に示す図である。なお、図９では、レーザ光源１１と成形光学系６０までの構成が示されている。レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｂはそれぞれパルスレーザ光源であり、パルスレーザ光を発生する。

【0076】

レーザ光源１１ａからのレーザ光をレーザ光Ｌ１ａとし、レーザ光源１１ｂからのレーザ光をレーザ光Ｌ１ｂとする。レーザ光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ１ｂはビームスプリッタ１７に入射する。ビームスプリッタ１７は、ハーフミラーなどであり、レーザ光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ１ｂを合成する。ビームスプリッタ１７で合成されたレーザ光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ１ｂとが同軸となって伝播する。なお、レーザ光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ１ｂとが合成されたレーザ光をレーザ光Ｌ１とする。レーザ光Ｌ１は、成形光学系６０に入射する。成形光学系６０は、以降は、上記の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

【0077】

レーザ光Ｌ１は、２つのパルス光を合成した波形となる。レーザ光Ｌ１ａのピークが図６の第１ピークに対応しており、レーザ光Ｌ１ｂのピークが図６の第２ハンプに対応している。処理装置２６は、レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｂを独立して制御する。処理装置２６が、レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｂを制御することで、パルス波形を調整することができる。例えば、処理装置２６が、レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｂの出力を制御することで、レーザ光強度を調整する。レーザ光強度を調整することで、溶融時間を長くすることができる。つまり、処理装置２６がプローブ光Ｌ３や光ビームＬ５の検出結果に基づいて、レーザ光強度や強度比を調整する。よって、溶融時間を長くすることができ、安定したプロセスが可能となる。

【0078】

あるいは、処理装置２６が、レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｂの発振タイミングを制御することで、パルス波形を調整することができる。あるいは、処理装置２６がレーザ光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ１ｂの少なくとも一方の光路長を変えることで、パルス波形を調整してもよい。発振タイミングや光路長を調整することで、例えば、第１ピークと第２ハンプとの間の時間を変化させることができる。よって、溶融時間を長くすることができ、安定したプロセスが可能となる。

【0079】

図１０は、パルス波形を調整するための別の構成を示す図である。図１０では、成形光学系６０の一部の構成を示している。成形光学系６０の光路には、ビームスプリッタ１７ａ、１７ｂと、ミラー１８ａ～１８ｃが設けられている。ビームスプリッタ１７ａ、１７ｂは例えば、ハーフミラーである。

【0080】

レーザ光源１１からのレーザ光Ｌ１１がビームスプリッタ１７ａで２本の光ビームＬ１２、Ｌ１３に分岐されている。ビームスプリッタ１７ａで反射した光ビームＬ１２は、ミラー１８ａに入射する。ミラー１８ａで反射した光ビームＬ１２はビームスプリッタ１７ｂに入射する。

【0081】

ビームスプリッタ１７ａを透過した光ビームＬ１３は、直接、ビームスプリッタ１７ｂに入射する。ビームスプリッタ１７ｂは光ビームＬ１２と光ビームＬ１３とを合成する。ビームスプリッタ１７ｂで同軸に合成されたレーザ光Ｌ１とする。ビームスプリッタ１７ｂからのレーザ光Ｌ１はミラー１８ｃに入射する。ミラー１８ｃで反射したレーザ光Ｌ１は、図１で示した成形光学系６０に入射する。レーザ光Ｌ１は２つのパルス光を合成した波形となる。

【0082】

ここで、光ビームＬ１２と光ビームＬ１３には光路長差があるため、光ビームＬ１２のパルスが光ビームＬ１３のパルスよりも遅れる。そして、ミラー１８ａ、１８ｂの位置を変えることで、光路長差が変化する。つまり、処理装置２６がミラー１８ａ、１８ｂの位置を制御することで、パルス波形を調整することができる。例えば、処理装置２６がミラー１８ａ、１８ｂを＋Ｘ方向に同じ距離だけ移動させることで、光ビームＬ１２の光路長を長くすることができる。

【0083】

処理装置２６は、プローブ光Ｌ３や光ビームＬ５の検出結果に基づいて、光路長を変化させる。これにより、例えば、第１ピークと第２ハンプとの間の時間を変化させることができる。よって、溶融時間を長くすることができ、安定したプロセスが可能となる。

【0084】

また、図１０の構成においても、レーザ光強度を調整することができる。例えば、透過率の異なる複数の減光フィルタを予め用意しておく。光路中に配置する減光フィルタを変えることで、レーザ光強度や強度比を調整することができる。

【0085】

このように、実施の形態１～４にかかるＥＬＡ装置１は、レーザ光Ｌ１が照射された後の半導体膜にプローブ光Ｌ２を照射する。そして、光検出器２５は、半導体膜で反射したプローブ光Ｌ４又は半導体膜を透過したプローブ光Ｌ３を検出している。ここで、半導体膜にプローブ光Ｌ２を照射するタイミングはレーザ光Ｌ１が照射された後であればよい。つまり、パルスのレーザ光Ｌ１の照射開始タイミングの直後にプローブ光Ｌ２が半導体膜に照射されていても良い。これにより、レーザ光Ｌ１が照射中の半導体膜にプローブ光Ｌ２が照射される。そして、溶融状態の半導体膜からのプローブ光を光検出器２５が検出することができる。パルスのレーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２の照射タイミング及び照射位置は少なくとも一部が重複していても良い。つまり、レーザ光Ｌ１の照射中にプローブ光Ｌ２が半導体膜に照射されていても良い。

【0086】

あるいは、プローブ光Ｌ２の照射位置がレーザ光の照射位置よりも搬送方向の下流側にずれていてもよい。この場合、パルスのレーザ光Ｌ１の照射が完了した直後の半導体膜にプローブ光Ｌ２が半導体膜に照射されても良い。これにより、溶融状態の半導体膜からのプローブ光を光検出器２５が検出することができる。つまり、パルスのレーザ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２の照射タイミング及び照射位置はずれていてもよい。

【0087】

（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。

【0088】

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１１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１１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。

【0089】

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１１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。

【0090】

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。

【0091】

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。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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

＜半導体装置の製造工程＞
本実施の形態にかかるレーザアニール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１２、図１３を用いて説明する。図１２、図１３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。図１２、図１３では、半導体製造方法におけるポリシリコン膜の形成工程を示している。なお、その他の製造工程については、公知の手法を用いることができるため、説明を省略する。

【0097】

図１２に示すように、ガラス基板４０１上に、ゲート電極４０２が形成されている。ゲート電極４０２の上に、ゲート絶縁膜４０３が形成されている。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。例えば、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。

【0098】

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１３に示すように、ポリシリコン膜４０５が形成される。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。

【0099】

本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は、以下のステップを有していてもよい。
（Ｓ１）レーザアニールのプロセス条件を設定するステップ。
（Ｓ２）基板上に非晶質の半導体膜を形成するステップ。
（Ｓ３）前記半導体膜を結晶化するよう、前記プロセス条件で前記半導体膜にレーザ光を照射して、レーザアニールを行うステップ。
（Ｓ１）プロセス条件を設定するステップは、以下のステップ（ａ）～（ｅ）を備えている。
（ａ）基板上に形成された半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップ。
（ｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップ。
（ｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップ。
（ｄ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップ。
（ｅ）前記基板を搬送したときの前記光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップ。
これにより、安定してレーザアニールを行うことができるため、生産性を向上することができる。

【0100】

本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は、以下のステップを有していてもよい。
（Ｓ１）レーザアニールのプロセス条件を設定するステップ。
（Ｓ２）基板上に非晶質の半導体膜を形成するステップ。
（Ｓ３）前記半導体膜を結晶化するよう、前記プロセス条件で前記半導体膜にレーザ光を照射して、レーザアニールを行うステップ。
（Ｓ１）プロセス条件を設定するステップは以下のステップを備えていても良い。
（ｓｔａ）基板上に形成された半導体膜を結晶化するよう、前記半導体膜にレーザ光を照射するステップ。
（ｓｔｂ）前記レーザ光が照射された後の半導体膜にプローブ光を照射するステップ。
（ｓｔｃ）前記基板を透過した前記プローブ光の透過光又は前記基板で反射した前記プローブ光の反射光を光検出器で検出するステップ。
（ｓｔｄ）前記レーザ光の光路中に配置されたビームサンプラによって前記レーザ光の一部を取り出すステップ。
（ｓｔｅ）前記ビームサンプラで取り出されたレーザ光をレーザ光検出器で検出するステップ。
（ｓｔｆ）前記基板に対する前記レーザ光及び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ステップ。
（ｓｔｇ）前記基板を搬送したときの前記光検出器及び前記レーザ光検出器での検出結果に基づいて、レーザアニールのプロセス条件を設定するステップ。

【0101】

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く、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等であってもよい。また、本実施の形態にかかる方法は、シリコン膜以外の半導体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、半導体膜にレーザ光を照射して、半導体膜を結晶化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、安定してレーザアニールプロセスを実行することができる。

【0102】

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。

【符号の説明】

【0103】

１ ＥＬＡ装置
１１ レーザ光源
１２ ミラー
１３ プロジェクションレンズ
１５ レンズ
１６ レーザ光検出器
１７ａ、１７ｂ ビームスプリッタ
１８ａ、１８ｂ ミラー
２０ 照明光学系
２１ プローブ光源
２２ ミラー
２４ 集光レンズ
２５ 光検出器
２６ 処理装置
２７ フィルタ
２８ レンズ
３０ 検出光学系
４０ 光学系モジュール
６０ 成形光学系
１００ 基板
１０１ シリコン膜
１０１ａ アモルファスシリコン膜
１０１ｂ ポリシリコン膜
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
ＰＸ 画素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】