(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-23
(45)【発行日】2024-07-31
(54)【発明の名称】レーザ処理装置及びレーザ光モニタ方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/268 20060101AFI20240724BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20240724BHJP
【ＦＩ】
H01L21/268 T
H01L21/268 J
H01L21/20
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019165811
(22)【出願日】2019-09-12
(65)【公開番号】P2021044412
(43)【公開日】2021-03-18
【審査請求日】2022-06-07
(73)【特許権者】
【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】佐藤 亮介
(72)【発明者】
【氏名】太田 佑三郎
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－０４９６０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１５６０１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２８３９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３３８８９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００４／０４０６２８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０２８５６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２５８３４９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２６８
Ｈ０１Ｌ ２１／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
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。
【請求項10】
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。
【請求項11】
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。
【請求項12】
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。
【請求項13】
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。
【請求項14】
（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。
【請求項15】
（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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ処理装置及びレーザ光モニタ方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン基板やガラス基板などに形成された非晶質膜にレーザ光を照射することにより、非晶質膜を結晶化させて結晶化膜を形成するレーザアニール装置が知られている。例えば、特許文献１に、関連するレーザアニール装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５８２９５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レーザアニール装置のようなレーザ処理装置では、被処理体に対して適切なレーザ光を照射し、高品質な半導体膜を形成することが望まれている。
【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、レーザ処理装置は、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、を備えている。
【0007】
一実施の形態によれば、レーザ光モニタ方法は、（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、を備えている。
【発明の効果】
【0008】
前記一実施の形態によれば、高品質な半導体膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係るレーザアニール装置の構成例を示す図である。
【図2】実施の形態１に係るレーザアニール装置の他の構成例を示す図である。
【図3】レーザアニール装置により形成される結晶化膜の状態を模式的に示す図である。
【図4】レーザアニール装置におけるレーザ光の関係を説明するための図である。
【図5】比較例のパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図6】比較例のパルス計測器の概略構成を示す斜視図である。
【図7】実施の形態１に係るパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図8】実施の形態１に係るパルス計測器の概略構成を示す斜視図である。
【図9】実施の形態１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。
【図10】実施の形態１に係るパルス波形モニタ方法でモニタされるパルス波形の一例を示す図である。
【図11】パルス波形の計測結果を示すグラフである。
【図12】パルス波形の評価結果を示すグラフである。
【図13】パルス波形の評価結果を示すグラフである。
【図14】実施の形態２に係るパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図15】実施の形態２に係るパルス計測器の概略構成を示す斜視図である。
【図16】実施の形態２に係るパルス計測器で使用されるスリットの概略構成を示す正面図である。
【図17】実施の形態２に係るパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図18】実施の形態２に係るパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図19】変形例に係るパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図20】実施の形態３に係るパルス計測器の概略構成を示す側面図である。
【図21】実施の形態３に係るパルス計測器の概略構成を示す斜視図である。
【図22】実施の形態３に係るパルス計測器で使用されるスリットの概略構成を示す正面図である。
【図23】その他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図24】その他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図25】その他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図26】その他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図27】その他の実施の形態に係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】
【0010】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。以下の記載及び図面は、説明の明確化のため、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【0011】
（実施の形態１）
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。
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。
【0012】
＜ＥＬＡ装置の構成＞
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。
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。
【0013】
なお、図１で示されるＸＹＺ三次元直交座標系において、Ｚ方向は、鉛直方向となり、基板２００に垂直な方向である。ＸＹ平面は、基板２００のシリコン膜２０１が形成された面と平行な平面である。例えば、Ｘ方向は、矩形状の基板２００の長手方向となり、Ｙ方向は基板２００の短手方向となる。なお、Ｚ軸を中心に０°から９０°に回転可能なΘ軸ステージを使用する場合、Ｘ方向は基板２００の短手方向となり、Ｙ方向は基板２００の長手方向となりうる。
【0014】
図１に示すように、ＥＬＡ装置１は、アニール光学系２、レーザ照射室５０、パルス計測器１００、モニタ装置６０、及び制御装置７０を備えている。なお、図１の構成は一例であり、例えば、図２に示すように、ＥＬＡ装置１は、本実施の形態に係るモニタ方法を実施するため、少なくとも、レーザ発振器１０、パルス計測器１００、及びモニタ装置６０を備えていてもよい。
【0015】
レーザ照射室５０は、ベース５２と、ベース５２上に配置されたステージ５１とを収容する。ＥＬＡ装置１では、ステージ５１により基板２００を＋Ｘ方向に搬送しながら、シリコン膜２０１にレーザ光Ｌ３が照射される。図１では、シリコン膜２０１において、レーザ光Ｌ３の照射前のシリコン膜２０１をアモルファスシリコン膜２０１ａと示し、レーザ光Ｌ３の照射後のシリコン膜２０１はポリシリコン膜２０１ｂと示している。
【0016】
アニール光学系２は、アモルファスシリコン膜２０１ａを結晶化するためのレーザ光を生成し、シリコン膜２０１に照射するための光学系である。具体的には、アニール光学系２は、レーザ発振器１０、入力光学系２０、ビーム整形器３０、及び落射ミラー４０を備えている。
【0017】
レーザ発振器１０は、アモルファスシリコン膜２０１ａ（被処理体）に照射するためのレーザ光として、パルスレーザ光を発生させるレーザ発生装置である。発生させるレーザ光は、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レーザ光であり、例えば、ガスレーザ光である。本実施の形態では、ガスレーザ光の一例として、中心波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を用いる。なお、エキシマレーザに限らず、Ｃｏ２レーザなど、その他のガスレーザでもよい。レーザ発振器１０には、チャンバ内に塩素等のガスが封入されると共に、２枚の共振器ミラー１１及び１２がガスを挟んで対向するように配置されている。共振器ミラー１１は、全ての光を反射する全反射ミラーであり、共振器ミラー１２は、一部の光を透過する部分反射ミラーである。ガスによって励起されたガス光Ｌ０が共振器ミラー１１及び１２の間で反射を繰り返し、増幅された光が共振器ミラー１２からレーザ光Ｌ１として放出される。例えば、レーザ発振器１０は、パルス状のレーザ光Ｌ１を、５００Ｈｚ～６００Ｈｚの周期で繰り返し放出する。レーザ発振器１０は、レーザ光Ｌ１を入力光学系２０に向けて出射する。
【0018】
入力光学系２０は、レーザ発振器１０が生成したレーザ光Ｌ１をビーム整形器３０へ伝搬する。入力光学系２０は、例えば、反射ミラー２１及び２２を備えている。反射ミラー２１及び２２は、全反射ミラーでもよいし、部分反射ミラーでもよい。レーザ発振器１０から入射されたレーザ光Ｌ１は、反射ミラー２１、反射ミラー２２の順に反射した後、ビーム整形器３０に出射する。
【0019】
ビーム整形器３０は、入力光学系２０を介して入射されたレーザ光Ｌ１を整形して、シリコン膜２０１への照射に適したビーム形状のレーザ光Ｌ２を生成する。ビーム整形器３０は、Ｙ方向に沿ったライン状のラインビームを生成し、さらに、ラインビームをＺ方向に複数のビーム（部分光）に分割する。すなわち、レーザ光Ｌ２は、Ｚ方向に並んだ複数のラインビームを含んでいる。ビーム整形器３０は、レーザ光Ｌ１をラインビームに整形する光学系であり、また、レーザ光Ｌ１を複数のビーム（分割ビーム）に分割する光学系でもある。複数のラインビームの生成は、レーザ光Ｌ１からラインビームを生成した後にラインビームを分割してもよいし、レーザ光Ｌ１を分割した後に分割光からラインビームを生成してもよい。ビーム整形器３０は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを介することによって、レーザ光Ｌ１をＹ方向に拡大しラインビームに変換する。また、ビーム整形器３０は、例えば、レンズアレイから構成されるホモジナイザによって、１つのビームを複数のビームに分割する。複数のビームに分割することによって、照射するレーザ光のビーム形状におけるスティープネス幅を急峻にすることができる。一例として、レーザ光Ｌ１を１１個のビームに分割する。ビーム整形器３０は、生成したレーザ光Ｌ２を落射ミラー４０に出射する。
【0020】
落射ミラー４０は、Ｙ方向に延びる矩形状の反射ミラーであり、ビーム整形器３０が生成した複数のラインビームであるレーザ光Ｌ２を反射する。落射ミラー４０は、例えば、ダイクロイックミラーであり、一部の光を透過する部分反射ミラーである。すなわち、落射ミラー４０は、レーザ光Ｌ２を反射させてレーザ光Ｌ３を生成するとともに、レーザ光Ｌ２の一部を透過させてレーザ光Ｌ４を生成する。落射ミラー４０は、反射光であるレーザ光Ｌ３を基板２００上のシリコン膜２０１に照射し、また、透過光であるレーザ光Ｌ４をパルス計測器１００へ出射する。
【0021】
図３は、レーザ光Ｌ３の照射により結晶化されるシリコン膜２０１を模式的に示している。レーザ光Ｌ３は、上記のように複数のラインビームを含み、基板２００上において、Ｙ方向にライン状の照射領域を形成している。つまり、基板２００上に照射されたレーザ光Ｌ３は、Ｙ方向を長手方向（長軸方向）とし、Ｘ方向を短手方向（短軸方向）とするライン状の照射領域を形成している。また、ステージ５１により＋Ｘ方向に基板２００を搬送しながら、レーザ光Ｌ３がシリコン膜２０１に照射される。これにより、Ｙ方向における照射領域の長さを幅とする帯状の領域にレーザ光Ｌ３を照射することができる。このレーザ光Ｌ３の照射によって、アモルファスシリコン膜２０１ａが結晶化する。基板２００に対するレーザ光Ｌ３の照射位置を変えながら、レーザ光Ｌ３をシリコン膜２０１に照射する。ステージ５１により基板２００を＋Ｘ方向に搬送することで、基板２００上のレーザ光Ｌ３が照射された領域から順にポリシリコン膜２０１ｂが形成される。
【0022】
ここで、形成されるポリシリコン膜２０１ｂの状態は、製造する半導体装置の性能に大きく影響する。このため、図３（ａ）に示すように、ポリシリコン膜２０１ｂの結晶状態にムラが無い、すなわち、結晶状態のばらつきが小さく均一であることが要求される。図３（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜２０１ｂの結晶状態にムラが有る、すなわち、結晶状態のばらつきが大きく不均一である場合、その半導体装置は不良品となる。例えば、ポリシリコン膜２０１ｂのムラとして、ポリシリコン膜２０１ｂにラインビームの照射領域に沿った明暗の縞（ショットムラという）ができることがある。このようなムラは、レーザ光の空間分布におけるばらつき、すなわち、ビームの断面における光のばらつき（空間的ばらつきという）により生じ得る。そこで、本実施の形態では、レーザ光の空間的ばらつきをモニタすることで、形成するポリシリコン膜２０１ｂにムラが生じることを抑制する。
【0023】
なお、固体レーザでは、コヒーレンスが高く、空間的ばらつきが生じ難いのに対し、ガスレーザでは、コヒーレンスが低いため、空間的ばらつきが生じ易い。このため、本実施の形態は、ガスレーザ、特にエキシマレーザに好適である。
【0024】
図１におけるパルス計測器１００、モニタ装置６０、及び制御装置７０は、レーザ光の空間的ばらつきをモニタし、モニタした空間的ばらつきを制御するための構成である。なお、パルス計測器１００及びモニタ装置６０を、レーザ光のパルス波形を計測する計測部としてもよい。また、モニタ装置６０及び制御装置７０を、両者の機能を有する処理装置としてもよい。
【0025】
パルス計測器１００は、基板２００に照射されるレーザ光のパルス波形を計測（検出）する計測装置（光検出装置）である。この例では、パルス計測器１００は、落射ミラー４０から透過したレーザ光Ｌ４を計測する。パルス計測器１００は、レーザ光Ｌ４に含まれる複数のビーム（例えば第１の部分光及び第２の部分光）の強度を計測し、計測結果をモニタ装置６０へ出力する。なお、基板２００に照射されるレーザ光の空間的ばらつきを計測できればよいため、パルス計測器１００は、アニール光学系２におけるその他の箇所でレーザ光を計測してもよい。例えば、反射ミラー２１や反射ミラー２２を透過したレーザ光を計測してもよい。
【0026】
モニタ装置６０及び制御装置７０は、ＥＬＡ装置１に専用の装置であってもよいし、パーソナルコンピュータやサーバコンピュータ等の汎用的なコンピュータ装置でもよい。そのような装置において、記憶部に記憶された所定のプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサにより実行することで、モニタ装置６０及び制御装置７０の各機能が実現される。モニタ装置６０及び制御装置７０は、それぞれ１つの装置で実現してもよいし、ネットワーク上の複数の装置で実現してもよい。
【0027】
モニタ装置６０は、パルス計測器１００及び制御装置７０と各種の情報や信号が入出力可能に接続されている。モニタ装置（モニタ部）６０は、入力されるパルス計測器１００の計測結果を比較することで、レーザ光（この例ではレーザ光Ｌ４）の空間的ばらつきをモニタする。モニタ装置６０は、パルス計測器１００が計測したレーザ光Ｌ４の強度から、レーザ光Ｌ４のパルス波形を生成する。モニタ装置６０は、レーザ光Ｌ４に含まれる複数のビームのパルス波形を生成し、パルス波形を評価するための評価パラメータを算出する。モニタ装置６０は、レーザ光Ｌ４における複数のビームのパルス波形や評価パラメータを比較し、それらの差を求める。モニタ装置６０は、ディスプレイ等の表示部を備えており、レーザ光Ｌ４のパルス波形や強度等を表示部に表示する。モニタ装置６０は、パルス波形の比較結果に基づいて、レーザ光Ｌ４の空間的ばらつきの有無を判断し、判断結果を制御装置７０へ出力する。
【0028】
制御装置（制御部）７０は、モニタ装置６０及びレーザ発振器１０と各種の情報や信号が入出力可能に接続されている。制御装置７０は、入力されるモニタ装置６０の判断結果に基づいて、レーザ発振器１０にフィードバック制御を行う。制御装置７０は、レーザ光の空間的ばらつきを抑えるよう、レーザ光の発生条件を制御する。例えば、制御装置７０は、レーザ発振器１０における共振器ミラー１２を駆動するサーボモータを制御することで、共振器ミラー１２の角度を調整し、レーザ光Ｌ１の空間分布の強度を制御する。なお、制御装置７０は、モニタ装置６０の判断結果に応じて共振器ミラー１２を自動的に制御してもよいし、操作者の操作に応じて共振器ミラー１２を制御してもよい。
【0029】
図４は、レーザ発振器１０の共振器ミラー１２から出射されるレーザ光Ｌ１と、落射ミラー４０に入射されるレーザ光Ｌ２との空間分布（ビーム形状）の関係を示している。図４（ａ）に示すように、レーザ光Ｌ１は、共振器ミラー１２と同様の形状、すなわち、Ｚ方向を長手方向とする略長方形の空間分布を有している。また、図４（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌ２は、落射ミラー４０と同様の形状、すなわち、Ｙ方向を長手方向とする略長方形の空間分布を有している。つまり、レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１に対し光軸を中心に９０°回転したビーム形状となっている。図４（ａ）のレーザ光Ｌ１における＋Ｚ側の位置ＺＡ１から－Ｚ側の位置ＺＢ１の光が合成されて、図４（ｂ）のレーザ光Ｌ２における＋Ｙ側の位置ＹＡ１から－Ｙ側の位置ＹＢ１の光（ラインビーム）が生成されている。同様に、図４（ａ）のレーザ光Ｌ１における位置ＺＡ２から位置ＺＢ２の光が合成されて、図４（ｂ）のレーザ光Ｌ２における位置ＹＡ２から位置ＹＢ２の光が生成されている。ポリシリコン膜２０１ｂに生じるムラ、すなわち、Ｙ方向に沿ったショットムラは、レーザ光Ｌ２におけるＺ方向のばらつきが一つの要因となる。このため、本実施の形態では、レーザ光Ｌ２（Ｌ２の透過光であるＬ４）におけるＺ方向のばらつきをモニタする。さらに、レーザ光Ｌ２のＺ方向の空間に対応するレーザ光Ｌ１のＹ方向の光の強度を調整するため、共振器ミラー１２に対しＹ方向の中心Ｙ０を軸として回転させてその角度を制御する。
【0030】
＜比較例のパルス計測器＞
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。
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。
【0031】
例えば、集光レンズ９０２及び光検出器９０１は、落射ミラー４０のＹ方向の中央付近に配置されている。集光レンズ９０２は、落射ミラー４０を透過したレーザ光Ｌ４を光検出器９０１の受光部に集光する。光検出器９０１は、集光レンズ９０２によって集光されたレーザ光Ｌ４の強度を検出する。
【0032】
このように、比較例のパルス計測器９００では、１つの光検出器９０１により、レーザ光Ｌ４の全てのビームをまとめて検出する。この例では、レーザ光Ｌ２及びＬ４はビームＢ１～Ｂ１１を含んでおり、光検出器９０１は集光されたレーザ光Ｌ４の全てのビームＢ１～Ｂ１１を検出する。しかしながら、比較例のパルス計測器９００のように、１つの検出器によりレーザ光の全体を検出すると、ビームごとにばらつきがあったとしても、そのばらつきが平均化されてしまうため、空間的ばらつきを検出することができない。
【0033】
＜実施の形態１のパルス計測器＞
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。
【0034】
この例では、光検出器１０１として、３つの光検出器、すなわち、光検出器１０１ａ（第１の光検出器）、光検出器１０１ｂ（第２の光検出器）、及び光検出器１０１ｃ（第３の光検出器）を備え、また、集光レンズ１０２として、３つの集光レンズ、すなわち、集光レンズ１０２ａ（第１の集光レンズ）、集光レンズ１０２ｂ（第２の集光レンズ）、及び集光レンズ１０２ｃ（第３の集光レンズ）を備えている。例えば、集光レンズ１０２ａ～１０２ｃ及び光検出器１０１ａ～１０１ｃは、落射ミラー４０のＹ方向の中央付近に配置され、Ｚ方向に沿って一列に並んでいる。なお、集光レンズ１０２ａ～１０２ｃ及び光検出器１０１ａ～１０１ｃは、Ｚ方向の複数個所で光を検出できればよいため、落射ミラー４０のＹ方向の中央以外に配置されていてもよいし、Ｚ方向に斜めに並んでいてもよい。
【0035】
集光レンズ１０２ａ～１０２ｃは、落射ミラー４０を透過したレーザ光Ｌ４の各ビーム群を光検出器１０１ａ～１０１ｃの受光部にそれぞれ集光する。光検出器１０１ａ～１０１ｃは、集光レンズ１０２ａ～１０２ｃによって集光されたレーザ光Ｌ４の各ビーム群の強度を検出する。集光レンズによりビーム群に含まれるビームを集光することで、ビーム群ごとにビームを検出することができる。
【0036】
この例では、ビームＢ１～Ｂ１１を３つのビーム群ＢＧ１～ＢＧ３に分け、上側（＋Ｚ側）の４つのビームＢ１～Ｂ４をビーム群ＢＧ１（第１のビーム群）、中央の３つのビームＢ５～Ｂ７をビーム群ＢＧ２（第２のビーム群）、下側（－Ｚ側）の４つのビームＢ８～Ｂ１１をビーム群ＢＧ３（第３のビーム群）とする。ビーム群ＢＧ１のビームＢ１～Ｂ４を集光レンズ１０２ａにより集光し、集光された光を光検出器１０１ａにより検出する。同様に、ビーム群ＢＧ２のビームＢ５～Ｂ７を集光レンズ１０２ｂにより集光し、集光された光を光検出器１０１ｂにより検出し、ビーム群ＢＧ３のビームＢ８～Ｂ１１を集光レンズ１０２ｃにより集光し、集光された光を光検出器１０１ｃにより検出する。複数の光検出器により、複数のビーム群を同時に検出することができる。
【0037】
このように、本実施の形態に係るパルス計測器１００では、複数の光検出器１０１ａ～１０１ｃにより、レーザ光Ｌ４に含まれる複数のビームを分けて検出する。レーザ光Ｌ４に含まれるビーム（群）ごとに強度を検出するにより、レーザ光Ｌ４の空間的ばらつきを確実に検出することができる。例えば、３つのビーム群ごとに検出することで、レーザ光Ｌ４における上部、中央、下部の空間的ばらつきを検出することができる。なお、検出するビーム群は、３つに限らず、任意の数のビーム群としてよいし、各ビーム群に含まれるビームの数も任意に設定してよい。また、ビーム群を設けずに、各ビーム（第１のビーム～第１１のビーム）を個別に検出してもよい。光検出器による検出数を多くすることで、空間的ばらつきの検出精度を向上することができる。
【0038】
＜実施の形態１のパルス波形モニタ方法＞
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。
【0039】
図９に示すように、まず、ＥＬＡ装置１は、レーザ光の照射を開始する（Ｓ１０１）。すなわち、制御装置７０は、操作者の操作に応じて、レーザ発振器１０に発振の開始を指示する。レーザ発振器１０は、制御装置７０の指示に従い発振を開始し、レーザ光Ｌ１を出射する。出射されたレーザ光Ｌ１は、入力光学系２０を介してビーム整形器３０により複数のラインビームに整形される。整形されたレーザ光Ｌ２は、落射ミラー４０で反射され、反射されたレーザ光Ｌ３は、基板２００上に照射される。なお、このパルス波形モニタ方法は、半導体装置の製造工程とは別に実施されるため、ステージ５１上に基板２００が配置されていなくてもよい。
【0040】
続いて、ＥＬＡ装置１は、照射が開始されたレーザ光を計測する（Ｓ１０２）。すなわち、パルス計測器１００は、落射ミラー４０を透過したレーザ光Ｌ４の強度を検出する。本実施の形態では、パルス計測器１００における光検出器１０１ａ～１０１ｃは、レーザ光Ｌ４のビームＢ１～Ｂ１１を３つのビーム群ＢＧ１～ＢＧ３に分けて、ビーム群ごとに強度を検出し、その検出結果をモニタ装置６０へ出力する。
【0041】
続いて、ＥＬＡ装置１は、計測されたレーザ光のパルス波形を生成する（Ｓ１０３）。すなわち、モニタ装置６０は、パルス計測器１００からビーム群ＢＧ１～ＢＧ３の強度を取得し、取得した強度に基づいてビーム群ＢＧ１～ＢＧ３ごとにパルス波形を生成する。例えば、パルス幅を２０ｎｓ～１００ｎｓとし、そのパルス幅の周期でパルス波形を生成する。
【0042】
図１０は、生成されるパルス波形の一例を示している。本実施の形態におけるレーザ光はエキシマレーザ光であるため、図１０に示すように、第１のピークＰ１及び第２のピークＰ２が連続して現れ、最初に現れたピークＰ１よりも２番目に現れたピークＰ２の方が強度の低い波形となる。パルス波形の面積Ａ１は、パルスのエネルギーを示している。
【0043】
モニタ装置６０は、パルスの評価パラメータとして、第１のピークＰ１、第２のピークＰ２、及び面積Ａ１（エネルギー）を算出する。なお、パルス幅や第１のピークＰ１までの立ち上がり時間等、その他の評価パラメータを算出してもよい。また、モニタ装置６０は、所定期間に生成されたパルス波形から、評価パラメータの分散値（σ）や平均値、最小値、最大値等の統計値を求める。
【0044】
続いて、ＥＬＡ装置１は、パルス波形の空間的ばらつきの有無を判定する（Ｓ１０４）。すなわち、モニタ装置６０は、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３のパルス波形に基づいて、空間的ばらつきを評価する。モニタ装置６０は、ビーム群ＢＧ１のパルス波形、ビーム群ＢＧ２のパルス波形、及びビーム群ＢＧ３のパルス波形を比較する。例えば、パルス波形の評価パラメータである第１のピークＰ１、第２のピークＰ２、及び面積Ａ１の分散値や平均値、最小値、最大値等の差分を求める。なお、特定のタイミングにおけるパルス波形の評価パラメータの差分を求めてもよい。複数のパルス波形による分散値等の差分を求めることにより、ばらつきを精度よく評価することができる。モニタ装置６０は、例えば、評価パラメータの分散値の差分が、所定の閾値よりも大きい場合、空間的ばらつき有りと判断し、所定の閾値以下の場合、空間的ばらつき無しと判断する。
【0045】
Ｓ１０４において、空間的ばらつき無しと判断された場合、本モニタ方法を終了し、ＥＬＡ装置１は、次のセットの半導体装置の製造工程を実施する。一方、空間的ばらつき有りと判断された場合、ＥＬＡ装置１は、レーザ光を調整する（Ｓ１０５）。すなわち、モニタ装置６０が空間的ばらつき有りと判断すると、制御装置７０は、レーザ発振器１０の共振器ミラー１２の角度を制御し、レーザ光Ｌ１の空間分布の強度を調整する。制御装置７０は、共振器ミラー１２の傾きを所定の角度で変化させ、さらに、Ｓ１０２～Ｓ１０３においてレーザ光の計測を行う。評価パラメータの分散値の差分が収束し、空間的ばらつき無しと判断されるまで、レーザ光の調整を繰り返す。なお、空間的ばらつきの大きさ等によって、共振器ミラー１２を調整する角度を変えてもよい。
【0046】
＜計測結果＞
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。
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。
【0047】
図１１に示すように、比較例のパルス計測器９００により計測されたパルス波形は、５０Ｈｚ～５００Ｈｚのいずれの周波数においても、ほぼ理想的な（例えば図１０のような）形状となっている。比較例では、安定したパルス波形しか計測できないため、空間的ばらつきを把握することはできない。一方、本実施の形態に係るパルス計測器１００により計測されたパルス波形は、いずれの周波数においても、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３で明らかに形状が異なっている。このため、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３の波形を比較することで、空間的ばらつきを把握することが可能である。
【0048】
図１１において、５０Ｈｚの周波数では、ビーム群ＢＧ３のパルス波形は、比較例と同様に理想的なパルス波形に近い。ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３のパルス波形を比べると、ビーム群ＢＧ１及びＢＧ２のパルス波形は、ビーム群ＢＧ３のパルス波形よりも第１のピークＰ１及び第２のピークＰ２が低く、第１のピークＰ１の凸部の形状がなまっている。
【0049】
また、３００Ｈｚの周波数では、ビーム群ＢＧ２及びＢＧ３のパルス波形は、比較例と同様に理想的なパルス波形に近い。ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３のパルス波形を比べると、ビーム群ＢＧ１のパルス波形は、ビーム群ＢＧ２及びＢＧ３のパルス波形よりも第１のピークＰ１及び第２のピークＰ２が低く、第１のピークＰ１の凸部の形状がなまっている。
【0050】
さらに、５００Ｈｚの周波数では、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３のパルス波形は、いずれも理想的なパルス波形とは異なっている。ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３のパルス波形を比べると、ビーム群ＢＧ１及びＢＧ３のパルス波形は、ビーム群ＢＧ２のパルス波形よりも第１のピークＰ１及び第２のピークＰ２が低い。また、ビーム群ＢＧ１のパルス波形は、ビーム群ＢＧ２及びＢＧ３のパルス波形よりも第１のピークＰ１の凸部の形状がなまっている。
【0051】
図１２に示すように、比較例のパルス計測器９００により計測されたパルス波形の第１のピークＰ１の分散値は、５０Ｈｚ～５００Ｈｚの周波数において変化は小さい。比較例では、安定したパルス波形の第１のピークＰ１しか計測できないため、空間的ばらつきを把握することはできない。一方、本実施の形態に係るパルス計測器１００による計測結果は、いずれの周波数においても、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３で差が生じている。このため、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３の第１のピークＰ１を比較することで、空間的ばらつきを把握することが可能である。特に、５００Ｈｚの周波数では、ビーム群ＢＧ２とビーム群ＢＧ３との差が大きいため、本実施の形態では空間的ばらつき有りと判断することができる。
【0052】
図１２において、５０Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１の値が１．１、ビーム群Ｂ２の値が０．９、ビーム群Ｂ３の値が０．５となっている。３００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１の値が１．１、ビーム群Ｂ２の値が１．０、ビーム群Ｂ３の値が０．６となっている。つまり、５０Ｈｚ及び３００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１及びＢ２とビーム群Ｂ３とに０．５程度の差がある。また、５００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１の値が２．９、ビーム群Ｂ２の値が１．５、ビーム群Ｂ３の値が４．１となっている。つまり、５００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１とビーム群Ｂ２とに１．４の差があり、ビーム群Ｂ２とビーム群Ｂ３とに２．６の差があることから、空間的ばらつきが大きい。
【0053】
図１３に示すように、比較例のパルス計測器９００により計測されたパルス波形の面積Ａ１の分散値は、５０～５００Ｈｚの周波数において変化は小さい。比較例では、第１のピークＰ１と同様、安定したパルス波形の面積Ａ１しか計測できないため、空間的ばらつきを把握することはできない。一方、本実施の形態に係るパルス計測器１００による計測結果は、いずれの周波数においても、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３で差が生じている。このため、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３の面積Ａ１を比較することで、空間的ばらつきを把握することが可能である。図１２の第１のピークＰ１と同様に、５００Ｈｚの周波数では、ビーム群ＢＧ２とビーム群ＢＧ３との差が大きいため、本実施の形態では空間的ばらつき有りと判断することができる。
【0054】
図１３において、５０Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１の値が０．９、ビーム群Ｂ２の値が０．８、ビーム群Ｂ３の値が０．４となっている。つまり、５０Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１及びＢ２とビーム群Ｂ３とに０．５程度の差がある。また、３００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１の値が１．３、ビーム群Ｂ２の値が１．４、ビーム群Ｂ３の値が０．６となっている。つまり、３００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１及びＢ２とビーム群Ｂ３とに０．８程度の差がある。さらに、５００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１の値が２．３、ビーム群Ｂ２の値が０．９、ビーム群Ｂ３の値が７．０となっている。つまり、５００Ｈｚでは、ビーム群Ｂ１とビーム群Ｂ２とに１．４の差があり、ビーム群Ｂ２とビーム群Ｂ３とに６．１の差があることから、空間的ばらつきが大きい。
【0055】
＜実施の形態１の効果＞
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。
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。
【0056】
（実施の形態２）
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。
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。
【0057】
＜実施の形態２のパルス計測器＞
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。
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。
【0058】
図１４及び図１５に示すように、本実施の形態に係るパルス計測器１００は、光検出器１０１と集光レンズ１０２を備えている。光検出器１０１及び集光レンズ１０２は、図５及び図６の比較例と同様の構成である。すなわち、集光レンズ１０２及び光検出器１０１は、落射ミラー４０の中央付近に配置されており、集光レンズ１０２はレーザ光Ｌ４のビームを集約し、光検出器１０１は集約されたビームを検出する。
【0059】
また、パルス計測器１００は、落射ミラー４０と集光レンズ１０２との間に配置されたスリット１０３を備えている。スリット１０３は、レーザ光Ｌ４の一部のビームを選択して透過させるビーム選択部である。すなわち、集光レンズ１０２は、スリット１０３により選択されたレーザ光Ｌ４のビームを集光する。
【0060】
図１６に示すように、スリット１０３は、Ｙ方向に沿って平行に配置された矩形状の遮光板１０３ａ及び遮光板１０３ｂを備えている。上側の遮光板１０３ａはレーザ光Ｌ４の上側のビームを遮光し、下側の遮光板１０３ｂはレーザ光Ｌ４の下側のビームを遮光し、遮光板１０３ａと遮光板１０３ｂとの間の開口部１０３ｃからレーザ光Ｌ４の一部のビームを透過する。
【0061】
また、図１４に示すように、スリット１０３は、エアーシリンダー１０４によりＺ方向に駆動可能な可動式スリットである。例えば、エアーシリンダー１０４は、２段式エアーシリンダーであり、スリット１０３を２段階の位置（図１４の位置Ｚ１～Ｚ４の間）で停止するように駆動することで、ビーム群ＢＧ１～ＢＧ３のいずれかを選択する。エアーシリンダー１０４は、遮光板１０３ａを駆動する駆動部１０４ａと、遮光板１０３ｂを駆動する駆動部１０４ｂとを備える。駆動部１０４ａ及び駆動部１０４ｂにより、遮光板１０３ａ及び遮光板１０３ｂを連動して駆動し、開口部１０３ｃをＺ方向に上下に移動させることで、透過するレーザ光Ｌ４のビームを選択する。駆動部１０４ｂは、下側の遮光板１０３ｂの上端部を位置Ｚ１から位置Ｚ２まで駆動し、さらに位置Ｚ２から位置Ｚ３まで駆動する。駆動部１０４ａは、上側の遮光板１０３ａの下端部を位置Ｚ４から位置Ｚ３まで駆動し、さらに位置Ｚ３から位置Ｚ２まで駆動する。駆動部１０４ａ及び駆動部１０４ｂの駆動は、例えばモニタ装置６０から制御される。
【0062】
図１４、図１７、及び図１８は、スリット１０３の３つの状態を示している。図１４は、スリット１０３が、ビームＢ１～Ｂ１１のうち下部の４つのビームＢ８～Ｂ１１を含むビーム群ＢＧ３を透過させた状態を示している。すなわち、駆動部１０４ｂにより下側の遮光板１０３ｂの上端部を位置Ｚ１（第１の位置）とし、駆動部１０４ａにより上側の遮光板１０３ａの下端部を位置Ｚ２（第２の位置）とする。これにより、位置Ｚ１と位置Ｚ２との間の開口部１０３ｃから、ビームＢ８～Ｂ１１を透過させる。
【0063】
図１７は、スリット１０３が、ビームＢ１～Ｂ１１のうち中央部の３つのビームＢ５～Ｂ７を含むビーム群ＢＧ２を透過させた状態を示している。すなわち、駆動部１０４ｂにより下側の遮光板１０３ｂの上端部を位置Ｚ２（第２の位置）とし、駆動部１０４ａにより上側の遮光板１０３ａの下端部を位置Ｚ３（第３の位置）とする。これにより、位置Ｚ２と位置Ｚ３との間の開口部１０３ｃから、ビームＢ５～Ｂ７を透過させる。
【0064】
図１８は、スリット１０３が、ビームＢ１～Ｂ１１のうち上部の４つのビームＢ１～Ｂ４を含むビーム群ＢＧ１を透過させた状態を示している。すなわち、駆動部１０４ｂにより下側の遮光板１０３ｂの上端部を位置Ｚ３（第３の位置）とし、駆動部１０４ａにより上側の遮光板１０３ａの下端部を位置Ｚ４（第４の位置）とする。これにより、位置Ｚ３と位置Ｚ４との間の開口部１０３ｃから、ビームＢ１～Ｂ４を透過させる。
【0065】
なお、スリット１０３の開口部１０３ｃの位置は、予め設定してもよいし、自動的に検出してもよい。例えば、遮光板１０３ａ及び遮光板１０３ｂのうち、一方の遮光板の位置を固定しておき、他方の遮光板の位置を徐々にＺ方向に移動させながら透過する光の強度を検出する。そうすると、光の強度の累積値がビームに合わせてステップ状に変化するため、光の強度が大きく変化する位置から、選択するビームのＺ方向の位置を検出することができる。
【0066】
＜変形例のパルス計測器＞
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。
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。
【0067】
この例では、分割していないレーザ光Ｌ５は、落射ミラー４０により反射してレーザ光Ｌ６となり、また一部の光が透過してレーザ光Ｌ７となる。図１４と同様に、スリット１０３は、レーザ光Ｌ７の一部の光を選択して透過させ、集光レンズ１０２は、スリット１０３により選択されたレーザ光Ｌ７の一部の光を集約し。光検出器１０１は集約された光を検出する。
【0068】
＜実施の形態２の効果＞
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。
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。
【0069】
（実施の形態３）
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。
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。
【0070】
＜実施の形態３のパルス計測器＞
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。
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。
【0071】
図２０及び図２１に示すように、本実施の形態に係るパルス計測器１００は、複数の光検出器１０１と複数の集光レンズ１０２を備えている。パルス計測器１００は、例えば、実施の形態１の図７及び図８と同様に、３つの光検出器１０１ａ～１０１ｃと３つの集光レンズ１０２ａ～１０２ｃとを備えている。すなわち、ビーム群ＢＧ１のビームＢ１～Ｂ４を、集光レンズ１０２ａを介して、光検出器１０１ａにより検出する。同様に、ビーム群ＢＧ２のビームＢ５～Ｂ７を、集光レンズ１０２ｂを介して、光検出器１０１ｂにより検出し、ビーム群ＢＧ３のビームＢ８～Ｂ１１を、集光レンズ１０２ｃを介して、光検出器１０１ｃにより検出する。
【0072】
また、パルス計測器１００は、実施の形態２と同様に、落射ミラー４０と集光レンズ１０２との間に配置されたスリット１０３を備えている。図２２に示すように、スリット１０３は、矩形状の遮光板１０３ｄであり、遮光板１０３ｄに矩形状の開口部１０３ｅ～１０３ｇを有している。開口部１０３ｅ～１０３ｇは、透過するレーザ光Ｌ４のビームの位置に対応して、Ｚ方向に斜めに並んで形成されている。開口部１０３ｅ～１０３ｇを透過した各ビームが、集光レンズ１０２ａ～１０２ｃによってそれぞれ集光される。開口部１０３ｅ～１０３ｇとそれぞれ対向する位置に光検出器１０１ａ～１０１ｃが配置されている。例えば、遮光板１０３ｄにおいて、Ｚ方向に重ならない位置に開口部１０３ｅ～１０３ｇを形成することにより、各開口部で任意のビームを選択し透過することができる。この例では、開口部１０３ｅは、遮光板１０３ｄの入射側の面から見て左上に形成されており、ビームＢ１～Ｂ４を含むビーム群ＢＧ１を透過させる。開口部１０３ｆは、遮光板１０３ｄの入射側の面から見て中央に形成されており、ビームＢ５～Ｂ７を含むビーム群ＢＧ２を透過させる。開口部１０３ｇは、遮光板１０３ｄの入射側の面から見て右下に形成されており、ビームＢ８～Ｂ１１を含むビーム群ＢＧ３を透過させる。なお、開口部１０３ｅを遮光板１０３ｄの右上、開口部１０３fを遮光板１０３ｄの中央、開口部１０３ｇを遮光板１０３ｄの左下に形成してもよい。
【0073】
＜実施の形態３の効果＞
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。
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。
【0074】
（その他の実施の形態）
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。
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。
【0075】
半導体装置は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を備える半導体装置であり、この場合は、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射して結晶化し、ポリシリコン膜を形成することができる。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。
【0076】
＜その他の実施の形態の半導体装置の製造方法＞
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。
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。
【0077】
まず、図２３に示すように、ガラス基板９１（上記の基板２００に相当）の上に、ゲート電極９２を形成する。ゲート電極９２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。次に、図２４に示すように、ゲート電極９２の上に、ゲート絶縁膜９３を形成する。ゲート絶縁膜９３は、ゲート電極９２を覆うように形成される。その後、図２５に示すように、ゲート絶縁膜９３の上に、アモルファスシリコン膜９４（上記のアモルファスシリコン膜２０１ａに相当）を形成する。アモルファスシリコン膜９４は、ゲート絶縁膜９３を介して、ゲート電極９２と重複するように配置されている。
【0078】
ゲート絶縁膜９３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９３とアモルファスシリコン膜９４とを連続成膜する。アモルファスシリコン膜９４付のガラス基板９１がレーザ処理装置における半導体膜となる。
【0079】
そして、図２６に示すように、上記で説明したＥＬＡ装置を用いてアモルファスシリコン膜９４にレーザ光Ｌ３を照射してアモルファスシリコン膜９４を結晶化させて、ポリシリコン膜９５（上記のポリシリコン膜２０１ｂに相当）を形成する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜９５がゲート絶縁膜９３上に形成される。この工程の前に、上記で説明したＥＬＡ装置を用いたパルス波形モニタ方法を実施することで、ポリシリコン膜９５にムラが生じることを抑えることができる。
【0080】
その後、図２７に示すように、ポリシリコン膜９５の上に層間絶縁膜９６、ソース電極９７ａ、及びドレイン電極９７ｂを形成する。層間絶縁膜９６、ソース電極９７ａ、及びドレイン電極９７ｂは、一般的なフォトリソグラフィー法や成膜法を用いて形成することができる。これ以降の製造工程については、最終的に製造するデバイスによって異なるので説明を省略する。
【0081】
上記で説明した半導体装置の製造方法を用いることで、多結晶半導体膜を含むＴＦＴを備える半導体装置を製造することができる。このような半導体装置は、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイなどの高精細ディスプレイの制御用に好適である。上記のようにポリシリコン膜のムラを抑制することで、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。
【0082】
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。例えば、レーザアニール装置において、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例に限らず、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してもよい。また、シリコン膜以外の非晶質膜にレーザ光を照射して、結晶化膜を形成してもよい。
【符号の説明】
【0083】
１ ＥＬＡ装置
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
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
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】