(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザに対し相対的に被照射体を一定の速度で移動させながら、前記被照射体に前記パルスレーザを照射することにより、前記パルスレーザの照射領域同士が互いに離間している評価サンプルを形成し、
前記評価サンプルを撮像して、前記評価サンプルの画像データを取得し、
前記画像データから前記パルスレーザの前記照射領域同士の相対的な位置情報を抽出し、
前記位置情報により、前記パルスレーザの照射位置の安定性を評価することを特徴とするレーザ照射位置安定性評価方法。
【請求項２】
パルスレーザに対し相対的に被照射体を一定の速度で移動させながら、前記被照射体に前記パルスレーザを照射することにより、前記パルスレーザの照射領域同士が互いに離間している評価サンプルを形成し、
前記評価サンプルを撮像して、前記評価サンプルの画像データを取得し、
前記画像データから、隣接する前記パルスレーザの前記照射領域同士の相対的な位置情報を抽出し、
前記位置情報に基づいて、隣接する前記パルスレーザの前記照射領域同士の位置関係が許容範囲外であるか否か、及び前記許容範囲外である箇所が許容数以上連続する部分が存在するか否かを判断して、前記パルスレーザの照射位置の安定性を評価することを特徴とするレーザ照射位置安定性評価方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
抽出する前記位置情報は、隣接する前記パルスレーザの前記照射領域同士の間隔であることを特徴とするレーザ照射位置安定性評価方法。
【請求項４】
パルスレーザを射出するレーザ光源と、
前記パルスレーザを照射する被照射体をのせるステージと、
前記ステージを移動させる移動装置と、
前記パルスレーザを照射することで形成された、前記パルスレーザの照射領域同士が互いに離間している評価サンプルを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた前記評価サンプルの画像データから、前記パルスレーザの照射領域同士の相対的な位置情報を抽出し、前記位置情報により前記パルスレーザの照射位置の安定性を評価する診断装置と、を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記移動装置は、第１の速度で前記ステージを移動させることで半導体基板に前記パルスレーザを照射して前記半導体基板を改質する第１動作モードと、第２の速度で前記ステージを移動させることで前記評価サンプルを形成する第２動作モードとを切り替えることができ、
前記第２の速度は前記第１の速度よりも速いことを特徴とするレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を移動方向に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置評価サンプル生成方法と装置に関する。
また、本発明は、レーザ照射位置評価サンプル生成方法または装置により得られたレーザ照射位置評価サンプルに基づいてレーザ照射装置のパルスレーザ照射位置安定性を評価するレーザ照射位置安定性評価方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ照射による半導体改質とは、レーザ照射によって、非晶質半導体が結晶化すること、結晶性半導体の結晶粒の寸法が大きくなること、結晶性半導体の結晶粒内にある欠陥が減少すること、結晶性半導体の結晶粒間にある非晶質部分を結晶化すること、または、これらを組み合わせた効果を得ることを言う。
図１２（Ａ）は、半導体改質処理を行うレーザ照射装置４０の構成を示している。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。
半導体改質処理においては、図１２に示すように、レーザ照射装置４０により、半導体基板１にパルスレーザを所定の周波数で順次照射しながら、半導体基板１におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板１上のパルスレーザ照射領域を移動方向に連続的に増やしていく。パルスレーザは、一般的に、レーザ形状調節光学系４１により、図１２（Ｂ）の破線で示す形状ように、レーザ進行方向と垂直な断面形状が横長（例えば、矩形、線状）となるように調節されて半導体基板１上に照射させる。従って、レーザ照射部分も横長になる。パルスレーザの照射領域の移動は、例えば、図１２に示すように、半導体基板１にパルスレーザを照射しながら、半導体基板１が積載されたステージ４２を移動装置４３により移動方向に移動させることで行う。これにより、半導体基板１の所望の範囲にわたってパルスレーザが照射される。このようなレーザ照射装置（レーザアニール装置）は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１５８１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のレーザ照射装置によりパルスレーザが照射された半導体基板には、照射むらが生じる場合がある。照射むらとは、半導体基板上の領域によってパルスレーザの照射回数が異なることを言う。例えば、図１３において、色の濃い領域は、パルスレーザが多数回照射された領域を示し、色の薄い領域は、色の濃い領域よりもパルスレーザ照射回数が大幅に少ない領域を示す。
【０００４】
従来においては、半導体基板のパルスレーザ照射領域を撮像し、撮像した画像データから図１３のような照射むらが生じているかどうかを評価することはできるとしても、パルス毎に照射位置がどれだけ変動しているかを評価することは困難であった。そのため、従来において、パルスレーザ照射位置の安定性を精度よく評価することは困難であった。
図１３に示すような照射むらは、パルスレーザのパルス時間幅よりも長時間にわたるものである。しかし、それでも、パルスレーザ照射位置の安定性を精度よく評価するためには、パルス毎に照射位置がどれだけ変動しているかを評価できるようにすることが望ましい。
【０００５】
なお、図１３に示すような照射むらは、数ｍｍのオーダで現れる。数ｍｍだけ半導体基板（ステージ）を半導体改質処理中に搬送するのに要する時間は、数秒のオーダである。従って、この時間は、例えば数１００Ｈｚの一定周波数で射出されるパルスレーザのパルス時間幅よりも長時間にわたる。そうすると、照射むらは、図１４に示す破線で示す位置と実線で示す位置との間で、パルスレーザ照射位置が上記の長時間にわたってドリフトすることによると考えられる。パルスレーザ照射位置のドリフトは、レーザ共振器からのパルスレーザ射出角度やパルスレーザ射出位置が変動することに起因すると考えられる。その結果、上述の照射むらが発生する。
【０００６】
そこで、本発明の第１の目的は、パルスレーザ毎の照射位置の変動を評価できる照射位置安定性評価サンプルを生成するレーザ照射位置評価サンプル生成方法と装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記のレーザ照射位置評価サンプル生成方法または装置により生成したサンプルを用いて、パルスレーザの照射位置安定性を精度よく評価できるレーザ照射位置安定性評価方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記第１の目的を達成するため、本発明によると、半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置評価サンプル生成方法であって、
レーザ照射位置評価サンプルとするレーザ被照射体に、前記レーザ照射装置によりパルスレーザを照射しながら、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させ、
前記評価用速度は、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さである、ことを特徴とするレーザ照射位置評価サンプル生成方法が提供される。
【０００８】
上記レーザ照射位置評価サンプル生成方法では、前記レーザ照射装置により、レーザ被照射体にパルスレーザを照射しながら、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させ、前記評価用速度を、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さとする。従って、前記レーザ被照射体上ではパルスレーザの照射領域は互いに分離しているので、前記レーザ被照射体上には、レーザ照射位置安定性に関するパルスレーザ照射領域同士の相対的位置関係が記録されているので、当該レーザ被照射体を、パルスレーザ毎の照射位置の変動を評価できる照射位置安定性評価サンプルとして用いることができる。
【０００９】
上記第２の目的を達成するため、本発明によると、半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置安定性評価方法であって、              
請求項１のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像装置により撮像して画像データを取得し、
前記画像データから前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、
該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価する、ことを特徴とするレーザ照射位置安定性評価方法が提供される。
【００１０】
上記レーザ照射位置安定性評価方法では、前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像装置により撮像して画像データを取得し、前記画像データから前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置関係の情報を抽出し、該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価するので、パルス毎に照射位置がどれだけ変動しているかを評価できる。従って、パルスレーザ照射位置の安定性を精度よく評価することが可能になる。
例えば、多数の隣接パルスレーザ照射位置同士の相対的位置データ（時系列データ）を得ることができ、これにより、パルスレーザのパルス時間幅よりも長い時間にわたるレーザ照射位置安定性評価を精度よく行える。
【００１１】
好ましくは、前記情報に基づいて、前記レーザ被照射体における前記移動方向の所定の評価対象範囲において、
隣接する前記照射領域同士毎に、当該照射領域同士の相対的位置関係が所定の許容範囲内であるという条件を満たすかを判断し、
前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在するかを判断する。
【００１２】
このように、前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在する場合に、レーザ照射された半導体基板の特性に悪影響を与える可能性が高くなる。従って、この場合に、レーザ照射位置の安定性が低いと適切に判断できる。
【００１３】
上記第１の目的を達成するため、本発明によると、半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置評価サンプル生成装置であって、
前記レーザ照射装置によりレーザ被照射体にパルスレーザを照射している時に、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させる移動装置を備え、
前記評価用速度は、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さである、ことを特徴とするレーザ照射位置評価サンプル生成装置が提供される。
【００１４】
上記レーザ照射位置評価サンプル生成装置により上記レーザ照射位置評価サンプル生成方法と同様の効果が得られる。
【００１５】
前記移動装置は、半導体改質処理時に改質処理用速度でパルスレーザの前記照射部分を移動させる第１動作モードと、レーザ照射位置評価サンプル生成時に前記評価用速度で前記パルスレーザの照射部分を移動させる第２動作モードとの間で切り替え可能である、ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ照射位置評価サンプル生成装置。
【００１６】
このように、前記移動装置を、半導体改質処理時に改質処理用速度でパルスレーザの前記照射部分を移動させる第１動作モードと、レーザ照射位置評価サンプル生成時に前記評価用速度で前記パルスレーザの照射部分を移動させる第２動作モードとの間で切り替え可能に構成することで、半導体改質処理時に半導体基板におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させる移動装置と、レーザ照射位置評価サンプル生成時にレーザ被照射体におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させる移動装置とを、単一の装置で兼用できる。
【００１７】
上記第２の目的を達成するため、本発明によると、半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置安定性評価装置であって、
請求項１のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像して画像データを取得する撮像装置と、
前記画像データから、前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価する診断装置と、を備える、ことを特徴とするレーザ照射位置安定性評価装置が提供される。
【００１８】
上記レーザ照射位置安定性評価装置により上記レーザ照射位置安定性評価方法と同様の効果が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明のレーザ照射位置評価サンプル生成方法と装置によると、パルスレーザ毎の照射位置の変動を評価できる照射位置安定性評価サンプルを生成できる。また、上述した本発明のレーザ照射位置安定性評価方法と装置によると、上記のレーザ照射位置評価サンプル生成方法または装置により生成したサンプルを用いて、パルスレーザの照射位置安定性を精度よく評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
[レーザ照射位置評価サンプル生成装置と方法]
図１は、本発明の実施形態によるレーザ照射位置評価サンプル生成装置１０の構成図である。レーザ照射位置評価サンプル生成装置１０は、レーザ照射装置３のレーザ照射位置評価サンプルを生成する装置である。
【００２２】
レーザ照射装置３は、半導体基板１に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板１にパルスレーザを一定の周波数（例えば、数十Ｈｚ〜数ＭＨｚ）で順次照射しながら、該半導体基板１における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板１上のパルスレーザ照射領域を移動方向に連続的に増やしていく。これにより、パルスレーザ照射領域における半導体が改質される。なお、半導体基板１は、例えば絶縁性基板の上面に半導体膜が形成されたものであってよい。
【００２３】
図１に示すように、レーザ照射装置３は、レーザ光源５、ステージ７、レーザ形状調節光学系９、照射位置移動装置１１、制御装置１３を備える。
レーザ光源５は、所定の周波数で順次パルスレーザを射出するレーザ共振器である。なお、レーザ共振器５は、半導体改質処理時とレーザ照射位置評価サンプル生成時とで同じ周波数のパルスレーザを射出する。
ステージ７には、半導体改質処理を施す半導体基板１が積載される。
レーザ形状調節光学系９は、パルスレーザビームの形状を調節する。レーザ共振器５からのパルスレーザビームが、レーザ形状調節光学系９を通過することで、パルスレーザ進行方向と垂直なその断面形状が、ステージ７上の半導体基板１表面のレーザ照射位置にて、図１２（Ｂ）のように横長（例えば、線状、矩形など）になる。
照射位置移動装置１１は、レーザ共振器５からのパルスレーザが半導体基板１に照射されている時に、ステージ７を、図１に示す移動方向に一定の改質処理用速度で移動させる。照射位置移動装置１１は、例えば、駆動モータと、駆動モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構（例えば、ピニオンとラック）とを有し、変換機構によりステージ７を直線運動させるものであってよい。
制御装置１３は、半導体基板１にパルスレーザを照射しながら、半導体基板１が積載されたステージ７を照射位置移動装置１１により移動させるようにレーザ共振器５と照射位置移動装置１１を制御する。これにより、半導体基板１表面の所望の範囲にわたってパルスレーザが照射されて、当該範囲においてレーザアニール処理がされ半導体が改質される。
なお、符号１５は集光レンズを示し、集光レンズ１５は、パルスレーザビームをステージ７上の半導体基板１の表面に集光させる。
【００２４】
レーザ照射位置評価サンプル生成装置１０は、レーザ照射装置３によりレーザ被照射体２にパルスレーザを所定の周波数で照射している時に、レーザ被照射体２上におけるパルスレーザの照射部分を、改質処理用速度よりも速い一定の評価用速度で移動方向に移動させる照射位置移動装置２１を備える。評価用速度は、レーザ被照射体２上における各パルスレーザの照射領域を互いに移動方向に分離できる速さである。一例では、評価用速度は、改質処理用速度の１００倍または数１００倍である。なお、本実施形態では、レーザ被照射体２は、レーザ照射位置安定性の評価に用いる評価用半導体基板であり、半導体基板１と同じである。好ましくは、レーザ被照射体２はその上面が平面であるのがよい。
本実施形態によると、レーザ照射位置評価サンプル生成装置１０の照射位置移動装置２１は、レーザ照射装置３の照射位置移動装置１１と同一であり、レーザ照射装置３の照射位置移動装置１１を兼ねる。
【００２５】
照射位置移動装置２１は、半導体改質処理時に改質処理用速度でパルスレーザの照射部分を移動させる第１動作モードと、レーザ照射位置評価サンプル生成時に評価用速度でパルスレーザの照射部分を移動させる第２動作モードとの間で切り替え可能である。例えば、照射位置移動装置２１は、上述のように駆動モータと変換機構とを有する場合には、第１動作モードと第２動作モードとの間で切り換えるために、電力供給源から駆動モータに供給される電力・電流を切り換え可能な切換装置を有する。この切り換えはオペレータが切換装置の操作部を操作することで行われてよい。
【００２６】
次に、レーザ照射位置評価サンプル生成装置１０を用いたレーザ照射位置評価サンプル生成方法を説明する。図２は、レーザ照射位置評価サンプル生成方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１にて、レーザ照射位置評価サンプルとする評価用半導体基板２をステージ７の上に積載する。ステップＳ２にて、評価用半導体基板２にパルスレーザを照射しながら、照射位置移動装置２１によりステージ７を図１の移動方向に移動させる。これにより、パルスレーザを照射しながら、評価用半導体基板２上におけるパルスレーザの照射部分が、改質処理用速度よりも速い評価用速度で移動方向に移動する。
【００２７】
上記レーザ照射位置評価サンプル生成方法では、レーザ照射装置３により、評価用半導体基板２にパルスレーザを一定の周波数で照射しながら、評価用半導体基板２上におけるパルスレーザの照射部分を、改質処理用速度よりも速い（一定の）評価用速度で移動方向に移動させ、評価用速度を、評価用半導体基板２上における各パルスレーザの照射領域を互いに移動方向に分離できる速さとする。図３は、この方法でパルスレーザが照射された評価用半導体基板２上面の光学顕微鏡を用いて撮像した画像データを示している。図３に示すように、移動方向にパルスレーザの照射領域が分離されている。従って、このように評価用半導体基板２上ではパルスレーザの照射領域は互いに分離しており、評価用半導体基板２上には、レーザ照射位置安定性に関するパルスレーザ照射領域同士の相対的位置関係が記録されているので、当該評価用半導体基板２を、パルスレーザ毎の照射位置の変動を評価できる照射位置安定性評価サンプルとして用いることができる。
【００２８】
また、照射位置移動装置２１を、半導体改質処理時に改質処理用速度でパルスレーザの照射部分を移動させる第１動作モードと、レーザ照射位置評価サンプル生成時に評価用速度でパルスレーザの照射部分を移動させる第２動作モードとの間で切り替え可能に構成することで、半導体改質処理時に半導体基板１におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させる照射位置移動装置１１と、レーザ照射位置評価サンプル生成時に評価用半導体基板２におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度よりも速い一定の評価用速度で移動させる照射位置移動装置２１とを、単一の装置で兼用できる。
【００２９】
[レーザ照射位置評価サンプル生成装置と方法]
図４は、本発明の実施形態によるレーザ照射位置安定性評価装置２０の構成図である。レーザ照射位置安定性評価装置２０は、レーザ照射装置３のレーザ照射位置安定性を評価する装置であり、レーザ照射位置安定性評価装置２０は、撮像装置２３、診断装置２５を備える。
【００３０】
撮像装置２３は、上述のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された評価用半導体基板２におけるパルスレーザの照射領域を含む領域を撮像して画像データを取得する。図４の例では、撮像装置２３は、例えば２００倍の倍率を持つ顕微鏡２７と、顕微鏡２７を介して評価用半導体基板２を撮像するＣＣＤカメラ２９と、撮像のための明るさを確保するハロゲンランプなどの光源（図示せず）とを有する。また、撮像装置２３は、評価用半導体基板２を積載するステージ１７と、ステージ１７を移動させる移動装置３１とを有する。ステージ１７は、評価用半導体基板２が積載される台である。移動装置３１は、例えば、駆動モータと、駆動モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構とを有し、変換機構によりステージ１７を、上述したパルスレーザ照射領域が分離されている方向に移動させる。なお、ステージ１７と移動装置３１とは、それぞれ、図１のレーザ照射装置３に備えられているステージ７と照射位置移動装置１１と同一であり、レーザ照射装置３のステージ７と照射位置移動装置１１を兼ねていてよい。
【００３１】
診断装置２５は、撮像装置２３が撮像した画像データから、評価用半導体基板２におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、該情報に基づいて、レーザ照射装置３のレーザ照射位置安定性を評価する。診断装置２５はコンピュータであってよい。
【００３２】
次に、上述のレーザ照射位置安定性評価装置２０を用いたレーザ照射位置安定性評価方法について説明する。図５は、レーザ照射位置安定性評価方法を示すフローチャートである。
【００３３】
ステップＳ１１にて、上述のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された評価用半導体基板２をステージ１７に積載する。なお、ステージ１７が図１のステージ７である場合には、上述のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された評価用半導体基板２をステージ７に積載したままであってよい。
【００３４】
ステップＳ１２にて、ＣＣＤカメラ２９により評価用半導体基板２を撮像しつつ、移動装置３１によりステージ１７を図４に示す移動方向に移動させる。例えば、移動装置３１の上記駆動モータをステッピングモータとして、評価用半導体基板２を所定のピッチで段階的に移動方向に移動させ、評価用半導体基板２が移動する毎に、ＣＣＤカメラ２９により評価用半導体基板２を撮像する。これにより、移動方向の所定の評価対象範囲にわたる画像データを取得する。なお、この移動方向は、上述のパルスレーザの照射領域が分離している方向と平行である。
【００３５】
ステップＳ１３にて、診断装置２５は、前記画像データから、評価用半導体基板２におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、該情報に基づいて、レーザ照射装置３のレーザ照射位置安定性を評価する。この際、診断装置２５は、前記情報に基づいて、前記所定の評価対象範囲において、隣接する照射領域同士毎に、当該照射領域同士の相対的位置関係が所定の許容範囲内であるという条件を満たすかを判断し、前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在するかを判断する。診断装置２５は、当該箇所が所定の許容数以上連続する部分が存在すると判断した場合には、レーザ照射装置３のレーザ照射位置安定性が低いとしてその旨の信号を出力する。例えば、その旨を診断装置２５のディスプレス装置（図示せず）に表示する。一方、診断装置２５は、当該箇所が所定の許容数以上連続する部分が存在しないと判断した場合には、レーザ照射装置３は十分に高いレーザ照射位置安定性を有するとしてその旨の信号を出力する。例えば、その旨を上記ディスプレス装置に表示する。
【００３６】
ステップＳ１３の処理を詳細に説明する。診断装置２５は、設定データと抽出データとに基づいて、撮像制御またはレーザ照射位置安定性評価に使用されるデータを算出する。
【００３７】
設定データは、診断装置２５の記憶部に保持・記憶される。設定データの全部または一部は、診断装置２５のインターフェースを介して診断装置２５に入力されて、上記記憶部に記憶されてよい。また、設定データの全部または一部は、診断装置２５の操作部をオペレータが操作することで設定され上記記憶部に記憶されてよい。
設定データには、半導体基板１に対するレーザ照射条件に応じて設定される次のデータがある。
パルスレーザ寸法ｒ（μｍ）・・・半導体基板１表面のレーザ照射部分におけるパルスレーザビームの上記移動方向の寸法である。
改質処理用速度ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）・・・レーザ照射装置３による半導体改質処理時に半導体基板１（ステージ１７）を上記移動方向に搬送・移動させる速度である。
エネルギ密度ＥＤ（ｍＪ／ｃｍ２）・・・パルスレーザのエネルギ密度である。
パルスレーザ周波数ｈ（Ｈｚ）・・・レーザ照射装置３が１秒間に射出するパルスレーザの数である。
評価用速度ｖｐ（ｍｍ／ｓｅｃ）・・・レーザ照射位置評価サンプル生成時に、照射位置移動装置２１が評価用半導体基板２（ステージ１７）を上記移動方向に搬送・移動させる速度である。
診断長さＬｄ（ｍｍ）・・・評価用半導体基板２における前記移動方向の長さである。この長さが診断を行う範囲の長さとなる。
エラー判定長さＬｅ（ｍｍ）・・・評価用半導体基板２における前記移動方向の長さである。この長さにわたって連続してレーザ照射位置の変動が許容値を超える場合にレーザ照射位置の安定性が低いと判断する。
許容結晶粒径Δｇｓ（μｍ）・・・結晶粒の直径・寸法の許容最小値。即ち、許容最小値より小さい許容結晶粒径は許容範囲外となる。Δｇｓは図６の縦軸の値に相当する。
ａＥＤ・・・エネルギ密度ＥＤに応じて定まる係数である。図６に示す１次関数の傾きに相当する。
ｂＥＤ（ｎｍ）・・・エネルギ密度ＥＤに応じて定まる値である。図６に示す１次関数の切片に相当する。
なお、各設定データの記号は、本明細書の他の箇所においても用いる。各記号の定義は上記の通りである。後で新たに述べる記号についても同様である
【００３８】
ａＥＤとｂＥＤは、エネルギ密度ＥＤに応じて定まる。例えば、パルスレーザのエネルギ密度ＥＤが３８０（ｍＪ／ｃｍ２）である場合には、図６に示す特性が得られる。
図６において、横軸ｘは、パルスレーザのオーバーラップ率を示す。このオーバーラップ率は、後述するＯＬ＝（ｒ−１０００ｖ／ｈ）／ｒにより求まる、即ち、オーバーラップ率は、レーザ照射装置３により上述のように半導体基板１を改質処理用速度ｖで上記移動方向に移動させながら、パルスレーザを周波数ｈ（Ｈｚ）で半導体基板１に照射した場合に、各パルスレーザの照射領域に対する、連続する２つのパルスレーザの照射領域同士が重なっている領域の割合である。図６の縦軸ｙは、レーザ照射装置３による半導体改質処理で得られる半導体基板１の半導体結晶粒寸法を示す。図６の菱形で示す各プロットは予測値であり、オーバーラップ率ｘと半導体結晶粒寸法ｙとは１次関数ｙ＝ａＥＤｘ＋ｂＥＤで近似できる。図６の例では、ａＥＤは６７２．７であり、ｂＥＤは−３２０．８１である。なお、横軸ｘの「９０％径のＯＬ率」のうち「９０％径の」とは、エネルギ密度最大値の９０％以上の領域のみをパルスレーザの照射領域とし、他の領域をパルスレーザ照射領域として考慮しないことを意味する。例えば、図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、半導体基板１表面におけるパルスレーザのエネルギ密度関数を示しており、領域Ｒのみをパルスレーザの照射領域とする。図８は、パルスレーザのエネルギ密度ＥＤが４６０（ｍＪ／ｃｍ２）である場合を示している。
【００３９】
抽出データとして、パルスレーザ間隔ｄＲを、後述の撮像制御により取得された画像から隣接する照射領域同士毎に抽出・測定する。パルスレーザ間隔ｄＲは、図３に示す長さであり、診断装置２５が上記画像データに基づいてパルスレーザ間隔ｄＲを求めてよい。例えば、診断装置２５が、上記画像データを解析処理することで、図９に示すような上記移動方向のグレイスケールデータを抽出し、このグレイスケールデータから図９に示す各レーザ照射間隔ｄＲを自動的に求めてよい。図９のグレイスケール値は図３の画像から反転したものであるので、図９のグレイスケール値の大きい範囲は図３の薄い領域に対応し図９のグレイスケール値の小さい範囲は図３の濃い領域に対応する。なお、診断装置２５が、図３の画像データまたは図９のグレイスケールデータをディスプレイ装置に表示し、オペレータが、表示されたデータに基づいてパルスレーザ間隔ｄＲを測定し、各パルスレーザ間隔ｄＲを診断装置２５に入力してもよい。上記のように求めた各パルスレーザ間隔ｄＲの値は、診断装置２５の記憶部に記憶されてよい。
【００４０】
診断装置２５は、上述した設定データ、抽出データを用いて、上記評価に使用される次の左側のデータを、右側の計算式で算出する。
オーバーラップ率ＯＬ  ：  ＯＬ＝（ｒ−１０００ｖ／ｈ）／ｒ
許容オーバーラップ率ΔＯＬ  ：  ΔＯＬ＝（Δｇｓ−ｂＥＤ）／ａＥＤ
許容ビーム位置変動Δｂｐ（μｍ）  ：  Δｂｐ＝ｒ×ΔＯＬ
基準パルス間隔ｄｐ（μｍ）  ：  ｄｐ＝１０００ｖｐ／ｈ
ビーム位置変動Δｄ（μｍ）  ：  Δｄ＝ｄＲ−ｄｐ
診断パルス数Ｐｄ  ：  Ｐｄ＝（Ｌｄ／ｖ）×ｈ
エラー判定パルス数Ｐｅ  ：  Ｐｅ＝（Ｌｅ／ｖ）×ｈ
なお、ｄＲまたはΔｂｐにより、隣接するパルスレーザ照射領域同士の相対的位置関係が示される。本実施形態では、｜Δｄ｜がΔｂｐ／２より大きければ、当該相対的位置関係は所定の許容範囲内にはないこととする。
【００４１】
上述のＰｄは、診断装置２５が行う撮像制御に用いられる。図１０は、この撮像制御のフローチャートを示している。
ステップＳ２１にて、診断装置２５は、ＣＣＤカメラ２９が撮像した１枚の画像内におけるパルスレーザ照射領域の数ｎから取得すべき画像枚数Ｐｄ／ｎを算出する。
ステップＳ２２にて、診断装置２５は、移動装置３１がステージ１７を所定のピッチだけ上記移動方向に移動させるように、移動装置３１を制御する。
ステップＳ２３にて、診断装置２５は、ステージ１７が静止している状態で、ＣＣＤカメラ２９が評価用半導体基板２の画像を撮像するように、ＣＣＤカメラ２９を制御する。
ステップＳ２４にて、診断装置２５は、取得した画像の枚数がＰｄ／ｎに達したかを判断する。達したと判断した場合は、撮像制御を終了する。一方、達していないと判断した場合には、ステップＳ２２に戻る。
この撮像制御により、診断パルス数Ｐｄのパルスレーザ照射領域を含む画像データを取得する。
【００４２】
上述のΔｂｐ（μｍ）、Δｄ（μｍ）、Ｐｅは、診断装置２５が行うレーザ照射位置安定性の評価に用いられる。
上述の撮像制御により取得した画像データ（評価対象範囲）において、隣接するパルスレーザ照射領域同士毎に、当該照射領域同士の｜Δｄ｜がΔｂｐ／２を超えないという条件を満たすかを判断し、この条件を満たさない箇所が、Ｐｅ回以上連続する部分が存在するかを判断する。存在する場合には、パルスレーザ照射位置の安定性が低いと判断する。一方、存在しない場合には、レーザ照射位置の安定性が十分に高いと判断する。図１１は、この判断を示すグラフである。図１１の横軸は、パルスレーザの番号を示す。パルスレーザ番号は、レーザ照射装置３から射出された順に付けられる番号である。図１１の縦軸は、隣り合うパルスレーザ番号同士についてのΔｄを示す。図１１の場合には、図１１のエラー部分において、｜Δｄ｜がＰｅ回以上連続してΔｂｐ／２を超えている。従って、図１１の場合には、診断装置２５はレーザ照射位置の安定性が低いと判断し、その旨の信号を出力する。
【００４３】
上述した本発明の実施形態によるレーザ照射位置安定性評価装置２０と方法では、評価用半導体基板２におけるパルスレーザの照射領域を含む領域を撮像装置２３により撮像して画像データを取得し、前記画像データから評価用半導体基板２におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置関係の情報ｄＲまたはΔｄを抽出し、該情報ｄＲ、Δｄに基づいて、レーザ照射装置３のレーザ照射位置安定性を評価するので、パルス毎に照射位置がどれだけ変動しているかを評価できる。従って、パルスレーザ照射位置の安定性を精度よく評価することが可能になる。
例えば、多数の隣接パルスレーザ照射位置同士の相対的位置データ（時系列データ）ｄＲ、Δｄを得ることができ、これにより、パルスレーザのパルス時間幅よりも長い時間にわたるレーザ照射位置安定性評価を精度よく行える。
【００４４】
また、前記情報に基づいて、評価用半導体基板２における移動方向の所定の評価対象範囲において、隣接する照射領域同士毎に、当該照射領域同士の相対的位置関係が所定の許容範囲内であるという条件を満たすかを判断し、前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在するかを判断する。このように、前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在する場合に、レーザ照射された半導体基板１の特性に悪影響を与える可能性が高くなる。従って、この場合に、レーザ照射位置の安定性が低いと判断し、その旨のエラー信号を出力することで、適切な評価を行える。
【００４５】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
例えば、上述の実施形態では、照射位置移動装置２１は、ステージ７を移動する装置であったが、照射位置移動装置２１は、光学系側の装置や光学部品を移動させてもよい。即ち、照射位置移動装置２１は、レーザ形状調節光学系９や集光レンズ１５などの複数の光学部品の全部または一部を一体的に移動させてもよい。例えば、照射位置移動装置２１は、図１の集光レンズ１５と反射鏡とを一体的に移動方向と反対方向に移動させてもよい。
【００４７】
また、上述の実施形態では、レーザ被照射体２は半導体基板であったが、本発明はこれに限定されない。即ち、レーザ被照射体２は、パルスレーザの照射領域が認識できるものであればよい。
【００４８】
また、本発明は、図１４に示すようなパルスレーザ自体の位置変動に起因する照射位置変動を評価するだけでなく、移動装置による一定であるべき改質処理用速度の変動に起因する照射位置変動も評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ照射位置評価サンプル生成装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるレーザ照射位置評価サンプル生成方法を示すフローチャートである。
【図３】レーザ照射位置評価サンプル生成方法によりレーザ照射された評価用半導体基板の拡大表面画像である。
【図４】本発明の実施形態によるレーザ照射位置安定性評価装置の構成図である。
【図５】本発明の実施形態によるレーザ照射位置安定性評価方法を示すフローチャートである。
【図６】パルスレーザのオーバーラップ率と結晶粒子径との関係を示すグラフである。
【図７】パルスレーザのエネルギ密度を示すグラフである。
【図８】パルスレーザのオーバーラップ率と結晶粒子径との関係を示す別のグラフである。
【図９】評価用半導体基板の表面のグレイスケールデータを示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による撮像制御を示すフローチャートである。
【図１１】レーザ照射位置の安定性評価の方法を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は、従来のレーザ照射装置の構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図１３】照射むらを示す図である。
【図１４】パルスレーザ照射位置のドリフトを説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・半導体基板、２・・・レーザ被照射体（レーザ被照射体）、３・・・レーザ照射装置、５・・・レーザ光源（レーザ共振器）、７・・・ステージ、９・・・レーザ形状調節光学系、１０・・・レーザ照射位置評価サンプル生成装置、１１・・・照射位置移動装置、１３・・・制御装置、１５・・・集光レンズ、１７・・・ステージ、２０・・・レーザ照射位置安定性評価装置、２１・・・照射位置移動装置、２３・・・撮像装置、２５・・・診断装置、２７・・・顕微鏡、２９・・・ＣＣＤカメラ、３１・・・移動装置、４０・・・レーザ照射装置、４１・・・レーザ形状調節光学系、４２・・・ステージ、４３・・・移動装置
【図１】
0005498659.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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