(57)【要約】【課題】定常運転時とメンテナンス時とにかかわらずレーザが発振しているか否かを常に明示して作業者が現場で直接的に安全確認をすることができる発振レーザ明示機能を有する結晶化装置及び結晶化装置における発振レーザ明示方法を提供する。【解決手段】レーザ光路を取り囲む周囲部材の表面にレーザ光またはレーザ光からの散乱光を受けて発光する蛍光体を有する。【選択図】      図１
2010010467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の非単結晶半導体膜にパルスレーザ光を照射して照射領域を局部的に溶融して溶融領域を結晶化する結晶化装置であって、
レーザ光が通るレーザ光路を取り囲む周囲部材の少なくとも一部の表面に前記レーザ光または前記レーザ光からの散乱光を受けて発光する蛍光体を有することを特徴とする発振レーザ明示機能を有する結晶化装置。
【請求項２】
前記蛍光体は、結像光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記蛍光体は、結像レンズを冷却するための冷却マウントの外周面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の装置。
【請求項４】
前記蛍光体は、照明光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記蛍光体は、ホモジナイザの保護ケースの外周面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項１または４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記蛍光体は、ハイトセンサの保護ケースの外周面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記蛍光体は、基板ステージの上面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
基板上の非単結晶半導体膜にパルスレーザ光を照射して照射領域を局部的に溶融して溶融領域を結晶化する結晶化装置において発振レーザを明示する方法において、
レーザ光が通るレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に蛍光体を配置し、前記レーザ光または前記レーザ光からの散乱光を受けて前記蛍光体を発光させ、前記レーザ光が発振されていることを目視で視認可能な状態に明示することを特徴とする結晶化装置における発振レーザ明示方法。
【請求項９】
前記蛍光体は、結像光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に設けられていることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記蛍光体は、結像レンズを冷却するための冷却マウントの外周面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項８または９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記蛍光体は、照明光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に設けられていることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記蛍光体は、ホモジナイザの保護ケースの外周面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項８または１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記蛍光体は、ハイトセンサの保護ケースの外周面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記蛍光体は、基板ステージの上面に塗布された塗料に含まれていることを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射してアモルファスシリコンをアニール及び／又は結晶化する結晶化装置に係り、とくに現場作業者が直接的に安全を確認することができる発振レーザ明示機能を有する結晶化装置及び結晶化装置における発振レーザ明示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非特許文献１および特許文献１などにおいて位相制御ＥＬＡ（Excimer Laser Annealing）法が提案されている。位相制御ＥＬＡ法では、入射レーザ光の面内光強度分布を均一化するためのホモジナイザや入射レーザ光を位相変調するための位相シフタなどを用いて、所望パターンの光強度プロファイルをもつパルスレーザ光を形成し、これをアモルファスシリコンのような非単結晶シリコン薄膜の局部に照射して、大粒径の結晶化領域を形成する。
【０００３】
ところで、紫外光であるエキシマレーザ光は人間が肉眼で見ることができない不可視光である。このため、作業者はレーザ光を直接視認することができず、レーザ発振中であるのか否かを現場でリアルタイムに判断することができない。レーザ光は高いエネルギ密度をもつ危険なエネルギビームであり、作業者の安全を確保するために万全の安全対策を確立すべきである。
【０００４】
従来の結晶化装置では、レーザ発振中であることを周囲に報せるために、レーザ光源からレーザを発振しているときに、制御系のレーザ発振信号を利用してレーザ発振中の表示ランプを点灯させるか、あるいはパトランプを点灯させるか、あるいは制御用パソコンの画面にその旨を表示するなどの手段を用いて、レーザが発振されていることを明示し、注意を喚起する。また、レーザ装置ではレーザ発振中であることを示す状態信号を出力していることが多いことから、この信号を監視し、装置に複数存在する扉が開いた場合などにレーザが現在発振しているかどうかを判断し、外部にレーザが漏れる危険性がある場合にはレーザ発振を停止等のインターロック処理をおこなう。
【非特許文献１】表面科学Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．５，ｐｐ２７８−２８７，２０００
【特許文献１】特開２０００−３０６８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の装置は、インターロック回路が故障して動作しなくなる万一の事故を想定して設計されているとは必ずしもいえないものであり、また、基本設計思想が製品量産時の定常運転に対応していることから、メンテナンス中にインターロックを解除して保守・点検作業を行なうときの安全性確保は必ずしも十分であるとはいえないものである。すなわち、メンテナンス中にインターロックを解除して作業を行なうこともあり、レーザが発振されていないということを従来装置のように間接的に報知・確認できるばかりでなく、作業者が五感を通じて直接的に知覚できる方策が要望されている。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、定常運転時とメンテナンス時とにかかわらずレーザが発振しているか否かを常に明示して作業者が現場で直接的に安全確認をすることができる発振レーザ明示機能を有する結晶化装置及び結晶化装置における発振レーザ明示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る発振レーザ明示機能を有する結晶化装置は、基板上の非単結晶半導体膜にパルスレーザ光を照射して照射領域を局部的に溶融して溶融領域を結晶化する結晶化装置であって、レーザ光が通るレーザ光路を取り囲む周囲部材の少なくとも一部の表面に前記レーザ光または前記レーザ光からの散乱光を受けて発光する蛍光体を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る結晶化装置における発振レーザ明示方法は、基板上の非単結晶半導体膜にパルスレーザ光を照射して照射領域を局部的に溶融して溶融領域を結晶化する結晶化装置において発振レーザを明示する方法において、レーザ光が通るレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に蛍光体を配置し、前記レーザ光または前記レーザ光からの散乱光を受けて前記蛍光体を発光させ、前記レーザ光が発振されていることを目視で視認可能な状態に明示することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、蛍光体は、結像光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に配置することが好ましい。この場合に、結像レンズを冷却するための冷却マウントの外周面に塗布された塗料に含まれていることが特に望ましい。結像レンズの冷却マウントは恒温室（クリーンルーム）の窓から覗いたときに最も見えやすいところに位置し、現場作業者が容易に視認できるからである。
【００１０】
また、本発明において、蛍光体は、照明光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材の表面に設けられていることが好ましい。この場合に、蛍光体は、ホモジナイザの保護ケースやホルダの外周面に塗布された塗料に含まれていることが特に望ましい。ホモジナイザの保護ケースも恒温室（クリーンルーム）の窓から覗いたときに見えやすいところに位置しているからである。なお、上記の結像レンズ用冷却マウントとホモジナイザ用保護ケースやホルダ外周面の両方に蛍光塗料を塗布すると、さらに効果が倍増する。
【００１１】
さらに、本発明において、蛍光体は、ハイトセンサの保護ケースやホルダの外周面に塗布された塗料に含ませることができ、また基板ステージの上面に塗布された塗料に含ませることもできる。ハイトセンサの保護ケースやホルダと基板ステージの上面も見えやすいところに位置しているので効果的である。
【００１２】
さらに、本発明において、照明光学系のレーザ光路を取り囲む周囲部材とは、結晶化装置の外囲器内であって、レーザ光源１０から発射されたレーザ光を基板ステージ７に入射させる光学系の外囲器であり、第１〜４の照明光学系１２、１３（１３ａ〜ｃ）及び１４の外囲器で結晶化装置操作者が直視できる表面をいう。外囲器としては、たとえば光学系の保護ケースやホルダである。
【００１３】
照明光学系とは、レーザ光源１０から発射されたレーザ光を基板ステージ７に入射させる光学系であり、第１〜４の照明光学系１２、１３（１３ａ〜ｃ）及び位相シフタ１４をいう。レーザ光路とは、レーザ光源１０から発射されたレーザ光を基板ステージ７に入射する光路をいう。
【００１４】
対象となる不可視のレーザ光は、紫外光領域または赤外光領域のパルスレーザ光である。紫外光領域のパルスレーザ光は、例えばクリプトン弗素（ＫｒＦ）、アルゴン弗素（ＡｒＦ）、キセノン弗素（ＸｅＦ）、クリプトン塩素（ＫｒＣｌ）、アルゴン塩素（ＡｒＣｌ）、キセノン塩素（ＸｅＣｌ）のうちのいずれか１のエキシマレーザ光であってもよい。あるいは紫外光領域のＣＷ（Continuous  Wave）レーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光(３倍波、４倍波)、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ4レーザ光(３倍波、４倍波)などであってもよい。また、赤外光領域のパルスレーザ光は、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ光(基本波)、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ4レーザ光(基本波)などであってもよい。あるいは赤外光領域のＣＷレーザ光は、ＣＯ2レーザ光やＮｄ：ＹＡＧレーザ光(基本波)、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ光(基本波)などであってもよい。
【００１５】
蛍光体としてクマリン系化合物、芳香族ジメチリディン、o-ヒドロキシベンチアゾール、II-IV族半導体ナノ粒子蛍光材料、Cd2O2S:Pn、タングステン酸カルシウム、ジスチリル誘導体、テルビウム賦活酸化カドリニウム、ピラニン等を用いることができる。これらのうち特に黄色系の蛍光をおこなうピラニンを用いることが好ましい。
【００１６】
本明細書中の用語を以下のように定義する。
【００１７】
「レーザフルエンス」とは、ある位置でのレーザのエネルギ密度を表わす尺度であり、単位面積当たりのエネルギ量を時間積分したものをいい、具体的には光源または照射領域において計測されるレーザ光の平均強度のことをいう。「平均レーザフルエンス」とは、ある処理面積内で均一化したレーザフルエンスを指す。
【００１８】
「位相シフタ」とは、光の位相を変調するための空間強度変調光学素子のことをいい、フォトリソグラフィプロセスの露光工程で使用される位相シフトマスクとは区別されるものである。
【００１９】
「ホモジナイザ」とは、入射光を複数に分割し、これら分割光を収束させて、特定の面で光強度を均一化する光学素子のことをいう。また、「ホモジナイズ面」とは、プロジェクション方式においてホモジナイザを通った光が収束する特定の面のことをいう。
【００２０】
「ビームプロファイラ」とは、空間分解能が５μｍ以下の光強度分布検出装置をいう。「光強度分布（ビームプロファイル）」とは、検出したい像面に入射される不可視光強度の二次元の分布をいう。「光強度の分布」とは、照射光（照明光）の検出面における光の強度（明るさ）の分布をいう。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザが発振しているときに主要な光学系である結像レンズ用保護ケース（冷却マウント）を蛍光体発光させるため、実際にレーザが発振しているか否かが現場で直接的に確認できる。また、結像レンズの外周に蛍光体があるため光学伝達率の劣化もおこらない。
【００２２】
また、レーザが発振していることが明示的にわかるため、もしレーザ発振中の信号に不具合が発生してレーザ発振中のランプ等が点灯されず、インターロックが正常に動作しておらず、レーザが誤って発振されているときにもレーザが照射していることがわかり、安全である。
【００２３】
また、メンテナンス中においてインターロック駆動回路の電源スイッチをＯＦＦにした状態で作業しているときであってもレーザ光照射の有無を判別することができるため安全性がさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２５】
まず図１を参照して本発明が用いられる結晶化装置の全体の概要について説明する。
【００２６】
本実施形態の結晶化装置１は、図１に示すように、クリーンルームのように空調された恒温室２のなかに収容された装置本体４と、恒温室２の外に配置された制御部８、ユーザー端末機９、レーザ発振器１０と、を備えている。室外の制御部８、ユーザー端末機９、レーザ発振器１０と室内の装置本体４とは互いに物理的・機械的・電気的（通信可能）に連結・接続されている。なお、結晶化装置１の全体は制御部８により統括的に制御されるようになっている。
【００２７】
恒温室２は、４つの側面と天井面にそれぞれ透明のガラス板が嵌め込まれた窓と、そのうちの１つの側面に作業者が出入りするための開閉扉（図示せず）と、装置本体４が電源ＯＮの状態にあることを報せる報知システムの１つとしての表示ランプ３と、を備えている。開閉扉は、インターロック機構（図示せず）により開閉動作が制御されるようになっている。すなわち、レーザ発振器１０からレーザ発振中の信号が制御部８に入ると、制御部８からインターロック機構の駆動回路に制御信号が送られ、インターロック機構の電子錠が作動して扉が開かないようにロックされる。また、万一、レーザ発振中に扉が開けられるようなことがある場合は、扉の開信号がインターロック機構から制御部８に入り、制御部８からレーザ発振器１０に制御信号が送られ、レーザ発振動作が直ちに停止される。このようなインターロック処理は制御部８に内蔵されるプロセスコンピュータが行なうようになっているが、メインシステムにおいて制御部８のプロセスコンピュータが万一故障したときであっても、安全性を確保するためにサブシステムのコンピュータが作動してインターロック処理するようにバックアップされている。
【００２８】
表示ランプ３は、恒温室２の上部に目立つように取り付けられ、装置本体４のメインスイッチがＯＮされたときに点灯するようになっている。また、レーザ発振器１０からのレーザ発振信号を受けて、表示ランプ３をさらに明るく点灯させることもできる。
【００２９】
ユーザー端末機９は、制御部８とデータ通信可能な状態に接続され、各種の情報をディスプレイ画面に表示するための表示装置および必要なデータを入力するための入力装置としてユーザーであるオペレータや修理・メンテナンス作業員に使用されるものである。ユーザーは、端末機９のディスプレイ画面に表示される文字情報や画像情報を見ながら、キーボード操作により必要なプロセスデータ等を入力することができる。
【００３０】
レーザ発振器１０は、レーザ発振中であることを周囲に報せるために、レーザを発振しているときに制御系のレーザ発振信号を利用してレーザ発振中の表示ランプ１１を点灯させる。また、制御部８は、レーザ発振信号を受け、受信信号に基づいてユーザー端末機９のディスプレイ画面にレーザ発振中である旨を表示させる。
【００３１】
レーザ発振器１０は、被処理基板Ｓの非単結晶半導体膜の照射領域を溶融させるためのエネルギ光を出力する光源として例えばＸｅＣｌエキシマレーザ発振器である。このレーザ発振器１０は、非単結晶半導体膜の吸収波長特性に適合させた波長が３０８ｎｍ、パルス幅（半値幅）が約３０ｎｓｅｃのパルスレーザ光を発振する固有の特性を有する光源である。なお、本実施形態では、レーザ光源１０としてＸｅＣｌエキシマレーザ発振器の例について説明するが、これ以外に他の光源としてＫｒＦエキシマレーザ発振器、ＡｒＦエキシマレーザ発振器またはＹＡＧレーザ発振器などを用いることも可能である。
【００３２】
装置本体４は、プロジェクション方式の結晶化光学装置であり、照明光学系は第１の照明光学系のアッテネータ１２、第２〜４の照明光学系１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、位相シフタ１４にて構成される。また、結像光学系１５、基板ステージ７および各種のアライメント機構１６，１８，１９ａ，１９ｂを備えている。パルスレーザ光が光源１０→アッテネータ１２→第１の照明光学系１３ａ→第２の照明光学系１３ｂ→位相シフタ１４→第３の照明光学系１３ｃ→結像光学系１５の順に通って基板ステージ７上の被処理基板Ｓに照射されるようになっている。
【００３３】
アッテネータ１２は、その光軸がレーザ発振器１０の光軸と一致するように配置され、レーザ発振器１０から発振されたレーザの光強度を調整するための光学素子である。すなわち、アッテネータ１２は、誘電体の多層膜コーティングフィルタの角度を調節してレーザ光の光強度（レーザフルエンス）を光学的に変調するものである。
【００３４】
第２の照明光学系１３ａは、アッテネータ１２の後続位置に配置され、光強度が調整された後のレーザ光を倍率調整するとともに所定のビーム形状にトリミングするためマスクを含む光学素子である。第３の照明光学系１３ｂは、第２の照明光学系１３ａの後続位置に配置され、入射するレーザ光ビームの面内光強度を均一化するためのホモジナイザを含む光学素子である。第４の照明光学系１３ｃは、第３の照明光学系１３ｂの後続位置に配置され、レーザ光を約９０°に反射するミラーである。なお、ミラー１３ｃには全反射ミラーまたはハーフミラーのいずれも使用することができる。
【００３５】
位相シフタ１４は、第３の照明光学系１３ｂ（ホモジナイザ）と第２の照明光学系１３ｃ（ミラー）との間に配置されている。位相シフタ１４は、所定の段差を有し、段差のところでレーザ光線群にフレネル回折を起こさせ、入射光束の位相を変調するものである。また、位相シフタ１４は、入射光束を位相変調することによりパルスレーザ光を、結晶化対象膜を最適に溶融・結晶化させるための所望の強弱のプロファイルを形成するものである。
【００３６】
結像光学系１５は、第４の照明光学系であるミラー１３ｃの後続位置（直下位置）で、かつ基板ステージ７の直上に配置されている。結像光学系１５は、昇降駆動機構１６によりＺ軸方向に昇降駆動される結像レンズと、結像レンズを冷却するレンズ冷却機構の冷却マウント１７とを備えている。結像光学系１５の結像レンズの近傍にはハイトセンサ１８およびアライメント機構１９ｂが配置されている。ハイトセンサ１８は、基板ステージ７上の被処理基板Ｓのレベル高さを計測するための距離センサである。基板ステージ７は、被処理基板Ｓを保持し、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向およびＺ軸まわりにθ回転駆動されるＸＹＺθ駆動機構を備えている。アライメント機構１９ｂは、ハイトセンサ１８で検出した被処理基板Ｓのレベル高さに基づいて結像光学系１５の結像レンズ及び／又は基板ステージ７を相対移動させ、結像レンズの焦点深度を被処理基板Ｓの所望の部位に位置合せするものである。なお、図示しないビームプロファイラが基板ステージ７の近傍に配置され、上記の光学系を通過したレーザ光のプロファイル（光強度分布）を計測するようになっている。
【００３７】
次に、照明光学系１３および結像光学系１５について図２と図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００３８】
照明光学系１３ｂは、絞り機能をもつマスクおよびレンズ群を含み、位相シフタ１４に対向配置されている。レーザ光源１０から出射されたパルスレーザ光は、アッテネータ１２により光強度が調整された後に、第２の照明光学系１３ａに入射して倍率調整され、さらに第３の照明光学系１３ｂにより光強度の均一化がなされる。第３の照明光学系１３ｂに入射した光ビームは、ビームエキスパンダによりビーム径が所望の大きさに拡大され、絞りでビームエキスパンダの周辺光をカットした後に、ホモジナイザに入射する。
【００３９】
ホモジナイザは、光ビームの面内の光強度および入射角度を均一化する光学装置である。この均一化されたレーザ光は、第３の照明光学系１３ｂを通過すると、位相シフタ１４の仮想的な面（位相シフタ面）を重畳的に照射し、所望のビームプロファイルの光強度分布を有するレーザ光となって被処理基板Ｓの照射エリア面を照射する。所望のビームプロファイルの光強度分布は、例えば最小光強度から最大光強度に光強度が連続的に変化する逆ピークパターン状の光強度分布が一つ又は複数例えば１レーザ光の面内で数十個が二次元状に配列された光である。
【００４０】
次いで、位相シフタ１４で位相変調されたレーザ光は、結像光学系１５を介して、被処理基板Ｓの非単結晶半導体膜に入射する。ここで、結像光学系１５は、位相シフタ１４のパターン面と被処理基板Ｓ（厳密には非単結晶半導体膜の上面）とを光学的に共役に配置している。換言すれば、被処理基板Ｓは、位相シフタ１４のパターン面と光学的に共役な面（結像光学系１５の像面）に設定されている。
【００４１】
結像光学系１５は、テレセントリック型縮小レンズからなる前正レンズ群１５ａと後正レンズ群１５ｃとの間に開口絞り１５ｂを備えている。開口絞り１５ｂは、たとえば開口部（光透過部）の大きさの異なる複数の開口絞りからなり、これらの複数の開口絞り１５ｂは光路に対して交換可能に取り付けてもよい。あるいは、開口絞り１５ｂとして、開口部の大きさを連続的に変化させることのできる虹彩絞りを用いてもよい。いずれにしても、開口絞り１５ｂの開口部の大きさ（すなわち結像光学系１５の像側開口数ＮＡ）は、後述するように、被処理基板Ｓの半導体層上において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。この結像光学系１５は、屈折型の光学系であってもよいし、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。
【００４２】
被処理基板Ｓは、例えば青板ガラスなどの絶縁基板、半導体基板、金属基板上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜上には結晶化対象膜としての非単結晶半導体膜（例えばアモルファスシリコン膜）が形成され、この非単結晶半導体膜上にはキャップ膜（例えば酸化シリコン膜や光吸収特性を有する絶縁膜）が被覆形成されたものである。
【００４３】
本実施形態の結晶化装置１では、基板ステージ７の上に被処理基板Ｓと図示しないビームプロファイラとが置換可能に並設されている。ビームプロファイラは、その光軸が結像光学系１５のレーザ光軸と平行となるように位置合せされ、後述する図５に示す制御部８の入力インターフェース８ａに通信可能な状態に接続されている。なお、ビームプロファイラ（図示せず）と結像光学系１５との位置合せは、基板用アライメント機構１９ｂを用いてなされる。
【００４４】
次に図４を参照して結像光学系１５の結像レンズを冷却するレンズ冷却機構１７について詳しく説明する。
【００４５】
恒温室２内において結像光学系１５は最も目立つところに位置している。レンズ冷却機構１７は、チラー２１、冷媒供給管２２、冷却マウント２３および冷媒戻り管２４を備えている。チラー２１は、冷媒が通流する内部流路と、この内部流路の冷媒と熱交換可能に設けられたペルティエ素子のような熱電変換素子と、を有する冷却装置である。冷媒供給管２２と冷媒戻り管２４は、銅などの熱伝導性に優れた金属製のチューブからなり、チラー２１の供給口と戻り口にそれぞれ接続されている。冷却マウント２３は、結像光学系１５の結像レンズを保護するための外筒であり、熱伝導性が良好で、かつ熱的に安定な材料（例えばアルミニウム合金）でつくられている。この冷却マウント２３の外周に冷媒供給管２２／冷媒戻り管２４に連通する金属チューブがほぼ等ピッチ間隔に巻きつけられている。
【００４６】
冷却マウント２３の結晶化装置操作者が直視可能な外表面には、レーザ光源１０から発射されたレーザ光の散乱光に感光する蛍光膜が設けられている。この蛍光膜は、蛍光塗料を所定の厚み以上（例えば１μｍ以上）に冷却マウント２３の外表面に重ね塗りして形成したものである。蛍光塗料には不可視のレーザ光（周囲部材からの散乱光）を可視光に変換する蛍光体物質が含まれている。蛍光体物質には例えばテルビウム賦活酸化ガドリニウム（緑色系）、タングステン酸化カルシウム（青色系）、ジスチリル誘導体（赤色系）、ピラニン（黄色系）などを用いることができる。
【００４７】
本実施形態では不可視光を可視光に変換する波長変換部材としての蛍光膜を結像光学系の周囲部材であるレンズ冷却機構に設けた例について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、照明光学系、アライメント系、基板ステージ系などのように主ビームからの散乱光が照射される可能性があるレーザ光路を取り囲む周囲の部材であればどのようなものにも蛍光膜を形成することができる。例えばホモジナイザ光学系１３の周囲部材である保護ケースの外周面を蛍光膜で覆ってもよく、また、レーザ光路を取り囲むハイトセンサの周囲部材である保護ケースの外周面を蛍光膜で覆ってもよく、さらにレーザ光路を取り囲む周囲部材として基板ステージの上面を蛍光膜で覆ってもよい。蛍光体は、結晶化装置の操作者がメンテナンス等の作業中においてレーザ光が発振されていることを直視できるレーザ光路に設けられる光学系の少なくとも一部の位置に設けることである。なお、蛍光膜の形成方法として塗布法の他に物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着法（ＣＶＤ）などのコーティング法を用いることもできる。さらに、レーザ光を可視光に変換する蛍光体のテープやシール等を、レーザ光路を取り囲む周囲部材の少なくとも一部に貼布してもよい。
【００４８】
次に、図５を参照して本装置の制御系について説明する。
【００４９】
結晶化装置１は制御手段および記録手段としてコンピュータシステムでバックアップされた制御部８を備えている。制御部８は、入力インターフェース８ａ、システムバス８ｂ、ＣＰＵ８ｃ、メモリ（記録装置）８ｄおよび出力インターフェース８ｅを備えている。
【００５０】
入力インターフェース８ａにはハイトセンサ１８、パワーモニタ２０、ビームプロファイラ７９およびキーボード等の入力装置（図示せず）が接続され、出力インターフェース８ｅにはレーザ光源１０、アッテネータ１２、照明光学系１３ａ〜１３ｃ、基板ステージ７、ユーザー端末機９およびチラー２１の電源ユニット（図示せず）などがそれぞれ接続されている。入力インターフェース８ａおよび出力インターフェース８ｅは、システムバス８ｂを介してＣＰＵ８ｃおよびメモリ８ｄにそれぞれ接続されている。
【００５１】
上記ビームプロファイラ７９は、位相シフタ１４により位相変調されたビームプロファイルを表示し、モニタできる機構である。ハイトセンサ１８は、結像光学系１５から被処理基板Ｓまでの間の距離を測定する高さ検知機構である。
【００５２】
メモリ８ｄは、キーボード等の入力装置（図示せず）から入力される装置パラメータを記憶し、保有するための記録装置である。ＣＰＵ８ｃは、入力装置から入力されるレシピに応じて、またビームプロファイラ７９およびハイトセンサ１８から直接入力される各検出データに応じてメモリ８ｄから装置パラメータを随時読み出し、演算処理し、所定の指令信号を装置各部に出力インターフェース８ｅを介して送る制御手段である。
【００５３】
ユーザー端末機９は、制御部８から出力されてくる各種データを表示する表示装置であり、その第１表示部にはテーブル化された装置パラメータが列記して表示され、第２表示部には被処理基板Ｓ上のレーザ照射位置を示す基板マップ図形が表示され、第３表示部には照射レーザ光のビームプロファイル波形が表示されるようになっている。なお、表示装置９は、レーザ光源１０に異常が発生したときに警報を発するアラーム機構を有することが望ましい。アラーム機構は、例えば表示ランプ１１を点滅させてもよいし、あるいは表示装置９の画面に赤ランプを点滅させるようにしてもよいし、あるいはスピーカから警報音や音声を発するようにしてもよい。
【００５４】
次に、上記の結晶化装置１、すなわちプロジェクション型エキシマレーザ照射装置（ＰＪＥＬＡ装置）を用いて実際に非晶質シリコン膜を結晶化する場合について図６を参照しながら説明する。
【００５５】
ＰＪＥＬＡ装置１の主スイッチをＯＮし（工程Ｋ１）、装置本体側の表示ランプ３を点灯させるとともに（工程Ｋ２）、レーザ光源側の表示ランプ１１も点灯させる（工程Ｋ３）。主スイッチＯＮにより制御部８の電源がＯＮの状態になり、自動的に制御部８が装置パラメータのデータ読み出しを行い、種々の装置パラメータが一覧表となってユーザー端末機９の画面上に表示される（工程Ｋ４）。基板ステージ７が被処理基板Ｓを保持した状態で照射位置（レーザ光軸と一致）に自動的に進入する（工程Ｋ５）。このとき被処理基板Ｓの入射面を結晶化したい位置に移動させ、光源１０側のレーザ光軸とアライメントした（工程Ｋ６）。また、読み出した装置パラメータに含まれる目標ずれ量値ｄ４に基づいて、制御部８がハイトセンサ１８からの検出信号を用いて基板ステージ７のＺ方向動作を制御して、基板ステージ７と被処理基板Ｓとのずれ量を目標ずれ量値に一致させる（工程Ｋ７）。このとき使用される装置パラメータは、前回使用したときに最適であった装置パラメータであっても良いし、シミュレーションによって理想的と想定される値であってもよい。
【００５６】
次に、読み出した装置パラメータに基づいてアッテネータ１２が自動調整される（工程Ｋ８）。すなわち、ビームプロファイラ７９で測定した光強度と予め設定した目標の光強度とを比較してアッテネータ操作量を計算し、アッテネータ１２に操作信号を出力して測定した強度が目標の強度になるようにフィードバックしながらアッテネータ１２の角度を高精度に調整する。
【００５７】
基板ステージ７はＸ-Ｙ面内で所定間隔ごとにステップ移動して位置を変えることができるようになっているので、被処理基板Ｓの所望の部位を照射位置に位置させることができ、Ｘ−Ｙステップ移動工程Ｋ９と結晶化（アニール）工程Ｋ１２を繰り返すことにより、大面積の非晶質シリコン膜を結晶化することができる（工程Ｋ９〜Ｋ１２）。この様子は表示装置９の画面上に表示されるので、オペレータは被処理基板Ｓ上のどの部位がレーザ照射されているのかをリアルタイムに知ることができる。また、照射中のレーザ光の光強度分布波形も表示装置９の画面上に表示されるので、オペレータはどのような光強度分布波形の変調レーザが照射されているのかを知ることができる。
【００５８】
結晶化（アニール）工程Ｋ１２において光源１０からレーザを発振すると、ユーザー端末機９の画面上にレーザ発振中であることが表示されるとともに（工程Ｋ１０）、光源側に取り付けられた表示ランプ１１が点灯し（工程Ｋ１１）、レーザ発振中であることが明示される。しかし、これらの表示手段９，１１はいずれも恒温室２から少し離れた室外部に配置されているため、恒温室２内の装置本体４を見ているオペレータその他の作業者は当該表示を直接見ることができないか、又は当該表示が見え難い状態にある。このため、従来の装置においては作業者がレーザ発振中であるのか否かをリアルタイムで迅速に判断しにくい状況が生じる。
【００５９】
ところが、本発明の結晶化装置１においては、結像レンズの冷却マウント２３にレーザ散乱光があたると、これに塗られた蛍光体塗料が発光するため、オペレータはひと目でレーザ発振中であることが分かる。すなわち、オペレータは、結像光学系において冷却マウント２３の蛍光膜がレーザ散乱光を受けて蛍光発光するため、装置本体４から現場で直接リアルタイムにレーザ発振中であるという情報を得ることができる。
【００６０】
基板ステージ７はＸ-Ｙ面内で所定間隔ごとにステップ移動して位置を変えることができるようになっているので、被処理基板Ｓの所望の部位を照射位置に位置させることができ、Ｘ−Ｙステップ移動工程Ｋ９と結晶化（アニール）工程Ｋ１２とを繰り返すことにより、大面積の非晶質シリコン膜を結晶化することができる（工程Ｋ９〜Ｋ１２）。この様子はユーザー端末機９の画面上に表示されるので、オペレータは被処理基板Ｓ上のどの部位（番地）がレーザ照射されているのかをリアルタイムに知ることができる。また、照射中のレーザ光の光強度分布波形もユーザー端末機９の画面上に表示されるので、オペレータはどのような光強度分布波形の変調レーザが照射されているのかをリアルタイムに知ることができる。
【００６１】
結晶化工程Ｋ１２では、光源となるＸｅＣｌエキシマレーザ装置からは波長３０８ｎｍ、パルス幅約３０ナノ秒のレーザ光が出射される。このパルスレーザ光は、アッテネータ１２、照明光学系１３、位相シフタ１４、結像光学系１５を通って光学的に調整され、所望の逆ピークパターン状のビームプロファイル波形となって、最終的に被処理基板Ｓ上の非晶質薄膜に照射される。これにより、非晶質薄膜が溶融され、凝固する過程で結晶化される。被処理基板Ｓは、たとえば液晶ディスプレイ用板ガラス基板の上に化学気相成長法（ＣＶＤ）により下地膜および非晶質シリコン膜（半導体層）およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜は、絶縁材、例えばＳｉＯ2で形成されており、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触してガラス基板内のＮａなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止すると共に、非晶質シリコン膜の溶融温度が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止する。非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜であり、非単結晶膜で、非晶質半導体膜や多結晶半導体などである。
【００６２】
非単結晶膜は、上記半導体膜に限定されることはなく、非単結晶の金属などの非単結晶材料で形成されている膜でも良い。非晶質シリコン膜上には、キャップ膜として絶縁膜例えばＳｉＯ2膜が、好ましくは、成膜されている。キャップ膜は、非晶質シリコン膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、キャップ膜がなければ光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に温度降下するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。なお、被処理基板Ｓは、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ７上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持される。
【００６３】
前の照射領域が最後であったか否かを判定し（工程Ｋ１３）、工程Ｋ１３の判定結果がＮＯの場合は、工程Ｋ９〜Ｋ１３の動作を繰り返し実施し、被処理基板Ｓの他の領域を次々に結晶化した。このように照射領域をずらして結晶化を繰り返すことにより、大面積を結晶化することができる。工程Ｋ１３の判定結果がＹＥＳの場合は、エンドポイントが検出されたものとして、基板ステージ７をホーム位置に戻し、結晶化処理を終了する。
【００６４】
このようにして結晶化された結晶化領域に位置合わせして薄膜トランジスタを形成することができる。すなわち、結晶化領域上にゲート酸化膜を形成し、このゲート酸化膜上にゲート電極を形成する。このゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン電極を形成するためのコンタクトホールを形成する。次に、ゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン領域を形成するための不純物をイオン注入し活性化処理する。次に、コンタクトホールにソース・ドレイン電極を形成して薄膜トランジスタを形成することができる。
【００６５】
上記の実施形態では定常運転時における発振レーザの有無の確認（安全性の確認と危険の回避）について説明したが、メンテナンス時においても本発明を用いて同様の効果を奏することができる。すなわち、結晶化装置を保守・点検するために定期的に又は緊急的に装置を停止するメンテナンス期間中において、作業者は、開閉扉のインターロック機構が動作しないように電源ＯＦＦにした状態で作業する際に、結像光学系の冷却マウント２３の蛍光膜がレーザ散乱光を受けて蛍光発光しているか否かをチェックすることにより、装置本体４から現場で直接リアルタイムにレーザ発振中であるという情報を得ることができる。
【００６６】
以下、本発明を実際の結晶化装置に適用した種々の実施例をそれぞれ説明する。
【００６７】
（実施例１）
実施例１として発振レーザ明示部材を構成する蛍光物質にピラニン（Pyranine  Conc；C16H7Na3O10S3）を用いた。ピラニンの発光強度（蛍光強度）は、低レベルから中レベルまでのエネルギ領域ではエキシマレーザ光のフルエンスに対して高い依存性を示す。例えば、入射レーザ光のフルエンスが３０ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギ領域ではピラニン蛍光物質の発光強度がレーザフルエンスに対して正比例増加する。
【００６８】
（実施例２）
実施例２として発振レーザ明示部材を構成する蛍光物質にＹＡＧＬＡＳＳ（ヤグラス）住田光学ガラス社製品名を用いた。蛍光膜の平均膜厚は２μｍとした。
【００６９】
（実施例３）
実施例３として発振レーザ明示部材を構成する蛍光物質に岡本ガラス社製蛍光ガラス（特開2006-151793）を用いた。蛍光膜の平均膜厚は１０μｍとした。
【００７０】
（実施例４）
実施例４として発振レーザ明示部材を構成する蛍光物質にナノ粒子のＣｄＳｅを塗布した基板を用いた。蛍光膜の平均膜厚は０．５μｍとした。
【００７１】
（実施例５）
実施例５として発振レーザ明示部材を構成する蛍光物質に蛍光フィルムであるニチエカル200ニチエ株式会社を用いた。波長変換部材の平均膜厚は１８５μｍとした。
【００７２】
この他にも蛍光材料を用いた構成は可能である。なお上記の実施例のうち材料の厚みが薄くて発光効率のよい実施例１が装置構成の上では望ましい。
【００７３】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬのような表示装置の回路に組み込まれる薄膜トランジスタを製造するための結晶化装置を、量産時ばかりでなく保守点検時にも安全に使用することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】結晶化装置のシステム全体の概要を示す構成ブロック図。
【図２】結晶化装置の光学系を示す構成ブロック図。
【図３】結晶化装置の光学系を示す構成ブロック図。
【図４】本発明の実施形態に係る発振レーザ検知装置を示す構成ブロック図。
【図５】結晶化装置の制御ブロック図。
【図６】本発明の実施形態に係る発振レーザ検知方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７６】
１…結晶化装置、２…クリーンルーム（恒温室）、３…表示ランプ、
４…結晶化装置本体、
５…アクティブ除振機構、６…門型フレーム（支持構造体）、
７…基板ステージ、
８…制御部、８ａ…入力インターフェース、８ｂ…システムバス、８ｃ…ＣＰＵ、８ｄ…メモリ、８ｅ…出力インターフェース、
９…ユーザー端末機（表示装置）、
１０…エキシマレーザ発振器（レーザ光源）、１１…表示ランプ、
１２…第１の照明光学系（アッテネータ）、
１３…ホモジナイズ光学系（照明光学系）、１３ａ…第２の照明光学系（ビーム形状の整形機構）、１３ｂ…第３の照明光学系（ホモジナイザ）、１３ｃ…第４の照明光学系（ミラー）、
１４…位相シフタ、
１５…テレセントリック光学系（結像光学系）、１５ａ…前正レンズ群、１５ｂ…開口絞り、１５ｃ…後正レンズ群、
１６…結像レンズ駆動機構、１７…レンズ冷却機構、
１８…ハイトセンサ、
１９ａ…マスク用アライメント機構（位相シフタ用アライメント機構）、
１９ｂ…基板用アライメント機構、
２０…パワーモニタ、
２１…チラー（冷却装置）、２２…冷媒供給管、２３…冷却マウント、２４…冷媒戻り管、Ｓ…被処理基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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