(57)【要約】【課題】均一性が高い膜を作製可能な電磁波照射装置を提供すること。【解決手段】本電磁波照射装置は、基板の一方の側に形成された被加熱膜を加熱するために、前記基板の一方の側の反対側である他方の側から電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記基板の一方の側に設置され、前記被加熱膜の表面温度を計測する温度計測手段と、を有し、前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記基板の他方の側から照射される電磁波のエネルギーを制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の側に形成された被加熱膜を加熱するために、前記基板の一方の側の反対側である他方の側から電磁波を照射する電磁波照射手段と、
前記基板の一方の側に設置され、前記被加熱膜の表面温度を計測する温度計測手段と、を有し、
前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記基板の他方の側から照射される電磁波のエネルギーを制御する電磁波照射装置。
【請求項２】
前記基板の他方の側から照射される電磁波の波長は、前記温度計測手段の計測波長範囲に含まれている請求項１記載の電磁波照射装置。
【請求項３】
前記温度計測手段の光軸と、前記基板の他方の側から照射される電磁波の光軸とが一致するように、前記温度計測手段が配置されている請求項１又は２記載の電磁波照射装置。
【請求項４】
前記温度計測手段の光軸と、前記基板の他方の側から照射される電磁波の光軸とが所定の傾斜角を有するように、前記温度計測手段が配置されている請求項１又は２記載の電磁波照射装置。
【請求項５】
前記電磁波照射手段から前記基板に至る光路上に配置された光調整器により、前記基板の他方の側から照射される電磁波のエネルギーが制御される請求項１乃至４の何れか一項記載の電磁波照射装置。
【請求項６】
前記電磁波照射手段に印加される電圧により、前記基板の他方の側から照射される電磁波のエネルギーが制御される請求項１乃至４の何れか一項記載の電磁波照射装置。
【請求項７】
前記温度計測手段の計測位置は、前記被加熱膜の加熱される領域上である請求項１乃至６の何れか一項記載の電磁波照射装置。
【請求項８】
前記基板の他方の側から照射される電磁波は、パルス発振レーザ光又は連続発振レーザ光である請求項１乃至７の何れか一項記載の電磁波照射装置。
【請求項９】
前記基板の他方の側から照射される電磁波の照射位置と、前記基板とを相対的に移動させる搬送手段を有する請求項１乃至８の何れか一項記載の電磁波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気炉やＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等を用いて、基板上に形成した膜を一定時間、一定温度以上に加熱する処理が行われている。このような加熱処理においては、膜だけではなく、基板全体も加熱される。
【０００３】
しかしながら、基板全体が加熱される場合には、耐熱性の基板を用いる等の制約が生じる。又、基板上に他の構造や素子等を有する場合には、加熱処理が不要な他の部材（他の構造や素子等）まで加熱され、熱的なダメージや熱応力による寸法精度のずれ等が生じ、性能を著しく低下させるおそれがある。
【０００４】
ところで、電磁波を照射することで加熱対象物を加熱する技術（例えば、レーザアニール技術）では、照射する電磁波（例えば、レーザ光）の波長や照射時間等を調整することによって、加熱対象物を局部的かつ短時間に熱処理できる。このような加熱技術において、加熱対象物を狙い温度で熱処理するためには、照射する電磁波（例えば、レーザ光）の出力パワーの制御が重要である。
【０００５】
照射する電磁波（例えば、レーザ光）の出力パワーの制御に関し、例えば、加熱対象物の表面側からレーザ光を照射し、加熱対象物の表面側に設置されたパイロメータで加熱対象物の表面温度をモニタリングする技術が開示されている。この技術では、パイロメータの信号をアッテネータにフィードバックし、アッテネータを調整することにより、加熱対象物の表面に当たるレーザ光の出力パワー（エネルギー）を制御している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
又、加熱対象物の表面側から光を照射し、加熱対象物の裏面側に設置された温度センサで加熱対象物の裏面温度を計測し、計測結果に基づいて加熱対象物の表面温度を推定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１の方法では、パイロメータがレーザ光の入射側に設置されているので、レーザ光の影響を抑えるために、レーザ光の波長を避けてパイロメータの計測波長範囲を設定する必要がある。そのため、使用可能なレーザの種類、或いは、使用可能なパイロメータの種類に制約が生じる。
【０００８】
更に、図１の赤外線センサの分光感度と波長との関係に示すように、パイロメータの感度は１μｍ付近において最も高くなる。例えば、波長が１μｍ付近のレーザ光源を用いた場合、レーザ光源の発振波長を避けるため、１μｍ付近よりも長波長のパイロメータを選択しなければならない。図１からわかるように、１μｍ付近よりも長波長ではパイロメータの感度が低下するので、加熱対象物の表面温度の計測精度が低下し、加熱対象物の熱処理にばらつきが生じる。その結果、均一性が高い膜を作製することが困難である。
【０００９】
又、特許文献１の方法では、加熱対象物の表面温度を直接計測せず、加熱対象物の裏面温度の計測結果に基づいて加熱対象物の表面温度を推定している。この方法では、温度センサがレーザ光の入射側に設置されていないので、レーザ光の影響を抑えることができるが、加熱対象物の裏面温度の計測結果に基づいて加熱対象物の表面温度を推定するため、加熱対象物の表面温度を正確に把握することができず、加熱対象物の熱処理にばらつきが生じる。特に、レーザ光を局部的に短時間照射するような場合に、表面温度の推定誤差が大きくなる。その結果、均一性が高い膜を作製することが困難である。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、均一性が高い膜を作製可能な電磁波照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本電磁波照射装置は、基板の一方の側に形成された被加熱膜を加熱するために、前記基板の一方の側の反対側である他方の側から電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記基板の一方の側に設置され、前記被加熱膜の表面温度を計測する温度計測手段と、を有し、前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記基板の他方の側から照射される電磁波のエネルギーを制御することを要件とする。
【発明の効果】
【００１２】
開示の技術によれば、均一性が高い膜を作製可能な電磁波照射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的な赤外線センサの分光感度と波長との関係を例示する図である。
【図２】第１の実施の形態に係るレーザ光照射装置を例示する図である。
【図３】第１の実施の形態に係る加熱対象物の構造を例示する断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るレーザ光照射装置を例示する図である。
【図５】第２の実施の形態に係る加熱対象物の構造を例示する断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係るレーザ光照射装置を例示する図である。
【図７】第３の実施の形態に係る加熱対象物の構造を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１５】
〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、本発明に係る電磁波照射装置の一例として、レーザ光照射装置について説明する。
【００１６】
［レーザ光照射装置の構造］
まず、レーザ光照射装置の構造の一例について説明する。図２は、第１の実施の形態に係るレーザ光照射装置を例示する図である。図２を参照するに、レーザ光照射装置１０は、光源１１と、ミラー１２と、ビーム成形光学素子１３と、温度計測手段１４と、制御手段１５とを有する。又、ステージ１００上には、加熱対象物２００が載置されている。なお、便宜上、加熱対象物２００の温度計測手段１４側を一方の側、一方の側の反対側であるビーム成形光学素子１３側を他方の側と称する場合がある。
【００１７】
光源１１は、加熱対象物２００の一方の側に形成された被加熱膜（後述の図３及びその説明を参照）を加熱するために、加熱対象物２００の他方の側から電磁波の一例であるレーザ光１１ｘを照射する機能を有する。光源１１は、例えば、波長が１４７０ｎｍ付近のレーザ光１１ｘを出射可能な連続発振半導体レーザである。なお、光源１１は、本発明に係る電磁波照射手段の代表的な一例である。
【００１８】
光源１１から出射されたレーザ光１１ｘは、ミラー１２で光路を変換され、ビーム成形光学素子１３に入射する。ビーム成形光学素子１３は、例えば、複数のレンズを組み合わせて構成され、レーザ光１１ｘを所定形状に成形する。ビーム成形光学素子１３は、入射光の形状を、例えば、約４００μｍ×約４００μｍの正方形で、エネルギープロファイルがフラットトップの光に成形することができる。
【００１９】
なお、ミラー１２を用いずに、光源１１からの出射光が直接ビーム成形光学素子１３に入射可能な位置に光源１１を配置してもよい。
【００２０】
ビーム成形光学素子１３で所定形状に成形されたレーザ光１１ｘは、ステージ１００上に載置された加熱対象物２００に入射する。ステージ１００は、例えば、ＸＹ方向（例えば、加熱対象物２００に入射するレーザ光１１ｘの光軸に略垂直な平面内）に移動自在に構成されている。つまり、ステージ１００は、加熱対象物２００の他方の側から照射されるレーザ光１１ｘの照射位置と、加熱対象物２００とを相対的に移動させる搬送手段である。
【００２１】
温度計測手段１４は、加熱対象物２００の表面温度を計測（モニタリング）する機能を有する。温度計測手段１４は、加熱対象物２００の一方の側（レーザ光１１ｘが照射される側とは反対側）に、例えば、加熱対象物２００と非接触な状態で設置されている。
【００２２】
温度計測手段１４としては、例えば、パイロメータ等を用いることができる。レーザ光１１ｘの波長が１４７０ｎｍ付近である場合、温度計測手段１４の計測波長範囲は、例えば、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度とすることができる。温度計測手段１４の計測場所は加熱対象物２００中の被加熱膜（図示せず）の表面にあわせる。つまり、温度計測手段１４の計測位置は、被加熱膜の加熱される領域上である。温度計測手段１４の計測面積は、レーザ光１１ｘのビーム寸法より小さい方が好ましい。
【００２３】
なお、加熱対象物２００に裏面側（図２の下側）から照射されたレーザ光１１ｘは、加熱対象物２００に遮断され、加熱対象物２００の表面側（図２の温度計測手段１４側）には至らない。従って、温度計測手段１４の計測波長範囲（例えば、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度）がレーザ光１１ｘの波長（例えば、１４７０ｎｍ付近）を含んでいても、レーザ光１１ｘの影響で、温度計測手段１４の計測精度が低下するおそれはない。
【００２４】
例えば、ステージ１００上に加熱対象物２００を載置させずに光源１１からレーザ光１１ｘを照射した場合等の誤操作によって、レーザ光１１ｘが遮断されずに温度計測手段１４に入射すると、温度計測手段１４にダメージを与えるおそれがある。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、この問題を回避するために、温度計測手段１４をレーザ光１１ｘの光軸からずらして斜めに設置している。つまり、温度計測手段１４の光軸と、加熱対象物２００の他方の側から照射されるレーザ光１１ｘの光軸とが所定の傾斜角を有するように、温度計測手段１４が配置されている。加熱対象物２００の他方の側から照射されるレーザ光１１ｘの光軸に対する温度計測手段１４の光軸の傾斜角は、例えば、３０°程度とすることができる。
【００２６】
制御手段１５は、温度計測手段１４の計測結果を入手し、温度計測手段１４の計測結果に基づいて、加熱対象物２００の他方の側から照射される電磁波のエネルギーを制御する機能を有する。具体的には、加熱対象物２００の一方の側に形成された被加熱膜が一定温度に維持されるように、光源１１に印加する電圧を制御する機能を有する。
【００２７】
制御手段１５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、制御手段１５の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、制御手段１５の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御手段１５は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。
【００２８】
［加熱対象物］
次に、加熱対象物２００の一例について説明する。図３は、第１の実施の形態に係る加熱対象物の構造を例示する断面図である。図３を参照するに、加熱対象物２００は、シリコン基板２１０と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）２２０と、酸化チタン膜（ＴｉＯｘ膜）２３０と、白金膜（Ｐｔ膜）２４０と、アモルファスＰＺＴ膜２５０とを有する。
【００２９】
シリコン酸化膜２２０、酸化チタン膜２３０、白金膜２４０、及びアモルファスＰＺＴ膜２５０は、シリコン基板２１０の一方の側（表面側）に形成されている。加熱対象物２００に、シリコン基板２１０の他方の側（裏面側）からレーザ光１１ｘ等の電磁波を照射することにより、白金膜２４０上に形成された被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の膜質を変化させることができる。
【００３０】
シリコン基板２１０は、各膜を形成する基体となる部分である。シリコン基板２１０の厚さは、例えば、５００μｍ程度とすることができる。シリコン酸化膜２２０は、シリコン基板２１０の表面に形成されている。シリコン酸化膜２２０の膜厚は、例えば、６００ｎｍ程度とすることができる。シリコン酸化膜２２０は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や熱酸化法等により形成できる。
【００３１】
酸化チタン膜２３０は、シリコン酸化膜２２０上に積層されている。酸化チタン膜２３０の膜厚は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。酸化チタン膜２３０は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成できる。
【００３２】
白金膜２４０は、酸化チタン膜２３０上に積層されている。白金膜２４０は、シリコン基板２１０の他方の側から照射される電磁波を吸収して白金膜２４０上に形成される被加熱膜を加熱する電磁波吸収層としての機能を有する。白金膜２４０の膜厚は、照射される電磁波を吸収するのに十分な厚さであればよく、例えば、１００ｎｍ程度とすることができる。白金膜２４０は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成できる。
【００３３】
なお、白金膜２４０に代わる電磁波吸収層として、融点が１０００℃以上の他の耐熱性の膜を用いてもよい。他の耐熱性の膜としては、例えば、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｍｏの何れかの金属を含む金属膜を挙げられる。又、前記何れかの金属の合金を含む金属合金膜、又は、前記金属膜若しくは前記金属合金膜を任意に選択して複数層積層した積層膜等を挙られる。
【００３４】
アモルファスＰＺＴ膜２５０は、電磁波吸収層である白金膜２４０上に形成された被加熱膜である。なお、ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体であり、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率によって、ＰＺＴの特性が異なる。例えば、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３、Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴ等を使用することができる。
【００３５】
アモルファスＰＺＴ膜２５０は、例えば、スパッタリング法やＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法等を用いて、白金膜２４０の表面に形成できる。アモルファスＰＺＴ膜２５０の膜厚は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３６】
ＣＳＤ法によりアモルファスＰＺＴ膜２５０を形成する場合には、まず、例えば、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を出発材料に使用し、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させて均一溶媒を作製する。この均一溶媒をＰＺＴ前駆体溶液と称する。ＰＺＴ前駆体溶液の複合酸化物固体分濃度は、例えば、０．１〜０．７モル／リットルとすることができる。
【００３７】
なお、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のＰＺＴの組成（ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率）に応じて、当業者が適宜選択できるものである。例えば、前述のＰＺＴ（５３／４７）を用いることができる。
【００３８】
次に、例えば、スピンコート法等により、白金膜２４０の表面にＰＺＴ前駆体溶液を塗布して塗布膜を形成する。そして、塗布膜を例えば１２０℃程度のホットプレートで１分間程度熱処理した後、１８０℃〜５００℃程度のホットプレートで１〜１０分間程度熱処理することにより、白金膜２４０の表面にアモルファスＰＺＴ膜２５０が形成される。
【００３９】
［レーザ光照射装置を用いた加熱対象物の加熱方法］
次に、レーザ光照射装置１０を用いて、シリコン基板２１０の他方の側からレーザ光１１ｘを照射することにより、白金膜２４０上に形成された被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の膜質を変化させる方法について説明する。
【００４０】
まず、レーザ光照射装置１０を用いて、加熱対象物２００のシリコン基板２１０の他方の側（裏面側）から、電磁波吸収層である白金膜２４０にレーザ光１１ｘを局部的に照射する。なお、レーザ光１１ｘの波長（例えば、１４７０ｎｍ付近）は、シリコン基板２１０、シリコン酸化膜２２０、及び酸化チタン膜２３０に対して透過性がある。そのため、シリコン基板２１０の他方の側（裏面側）から照射されるレーザ光１１ｘのエネルギーの９０％以上は白金膜２４０に到達する。
【００４１】
白金膜２４０は、波長１４７０ｎｍ付近の吸収係数が非常に大きく、およそ６×１０５ｃｍ−１である。又、例えば、膜厚１００ｎｍ程度の白金膜２４０において、波長１４７０ｎｍ付近の光の透過率は１％以下である。従って、白金膜２４０に到達した波長１４７０ｎｍ付近のレーザ光１１ｘの光エネルギーは殆ど白金膜２４０に吸収される。
【００４２】
一般的に、アモルファスＰＺＴ膜の結晶化温度は約６００℃〜８５０℃であり、白金の融点（１７６８℃）よりかなり低い。従って、白金膜２４０に入射するレーザ光１１ｘのエネルギー密度及び照射時間の制御によって、白金膜２４０にダメージを与えることなく、アモルファスＰＺＴ膜２５０を局部的に加熱して結晶化できる。レーザ光１１ｘのエネルギー密度は、例えば、１×１０２〜１×１０６Ｗ／ｃｍ２程度とすることができる。レーザ光１１ｘの照射時間は、例えば、１ｍｓ〜２００ｍｓ程度とすることができる。
【００４３】
ステージ１００を例えばＸＹ方向（例えば、レーザ光１１ｘの光軸に略垂直な平面内）で移動してレーザ光１１ｘと加熱対象物２００とを相対的に移動させながら、レーザ光１１ｘを加熱対象物２００に照射する。これにより、アモルファスＰＺＴ膜２５０が順次結晶化し、最終的にアモルファスＰＺＴ膜２５０の全面が結晶化し、白金膜２４０上の全面に結晶質ＰＺＴが形成される。
【００４４】
なお、白金膜２４０上の全面に結晶質ＰＺＴを形成した後、更にアモルファスＰＺＴ膜２５０を積層して同様に加熱することにより、膜厚５０ｎｍ程度の結晶質ＰＺＴを複数層積層することができる。例えば、このプロセスを３０回程度繰り返すことにより、総厚１．５μｍ程度の厚い結晶質ＰＺＴの膜を作製できる。
【００４５】
この際、パイロメータ等の感度が高い温度計測手段１４を用いて被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の表面温度をモニタリングしながら、制御手段１５で温度計測手段１４からフィードバックされた信号によって光源１１に印加する電圧を調整する。これにより、加熱対象物２００中の被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の表面温度が一定温度に維持されるため、均一性が高い結晶質ＰＺＴの膜を作製できる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、光源１１として波長が１４７０ｎｍ付近の連続発振半導体レーザを用いる場合を例に説明したが、シリコン基板等に対して透過性がある１２００ｎｍ以上の連続発振レーザ光やパルス発振レーザ光を用いてもよい。又、本実施の形態では、レーザ光１１ｘのビーム形状が正方形である場合を例に説明したが、レーザ光１１ｘのビーム形状は長方形、円形、楕円形等の形状であってもよい。又、本実施の形態では、レーザ光１１ｘがフラットトップのエネルギー分布を持つ場合を例に説明したが、例えば、レーザ光１１ｘはガウス分布等のエネルギー分布を持つものでもよい。
【００４７】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは構成の異なるレーザ光照射装置について例示する。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００４８】
［レーザ光照射装置の構造］
まず、レーザ光照射装置の構造の一例について説明する。図４は、第２の実施の形態に係るレーザ光照射装置を例示する図である。図４を参照するに、レーザ光照射装置２０は、光源１１及び温度計測手段１４が光源２１及び温度計測手段２４に置換され、アッテネータ２２及びミラー２３が追加された点が、第１の実施の形態に係るレーザ光照射装置１０（図１参照）と相違する。又、図４において、図１の加熱対象物２００が加熱対象物３００に変更されている。
【００４９】
光源２１は、加熱対象物３００の一方の側に形成された被加熱膜（後述の図５及びその説明を参照）を加熱するために、加熱対象物３００の他方の側から電磁波の一例であるレーザ光２１ｘを照射する機能を有する。光源２１は、例えば、波長が５３２ｎｍ付近のレーザ光を出射可能な連続発振固体レーザである。なお、光源２１は、本発明に係る電磁波照射手段の代表的な一例である。
【００５０】
光源２１から出射されたレーザ光２１ｘは、アッテネータ２２に入射する。アッテネータ２２は、光源２１から加熱対象物３００に至る光路上に配置された光調整器である。アッテネータ２２は、光源２１から出射されたレーザ光２１ｘの強度を調整する（レーザ光２１ｘのエネルギーを制御する）機能を有する。アッテネータ２２としては、例えば、バリアブルアッテネータ等を用いることができる。
【００５１】
バリアブルアッテネータは、例えば、表面に特殊な膜が形成されたガラス基板をレーザ光２１ｘの光路上に配置し、ガラス基板を回転させて（レーザ光２１ｘの光軸に対する傾斜角を変えて）、レーザ光２１ｘの透過率を可変させるものである。レーザ光２１ｘがガラス基板を通過する際に生じる光軸シフトを補正する補正板を設けることが好ましい。
【００５２】
バリアブルアッテネータは、例えば、１／２波長板及び偏光ビームスプリッタを、この順番でレーザ光２１ｘの光路上に配置したものでもよい。この場合は、１／２波長板を回転させて（レーザ光２１ｘの光軸に対する傾斜角を変えて）、偏光ビームスプリッタを透過するＰ偏光（又はＳ偏光）の透過率を可変させることで、レーザ光２１ｘの強度を調整できる。
【００５３】
アッテネータ２２により強度を調整されたレーザ光２１ｘは、ミラー２３で光路を変換され、更にミラー１２で光路を変換されて、ビーム成形光学素子１３に入射する。ビーム成形光学素子１３は、入射光の形状を、例えば、約５００μｍ×約２００μｍの長方形で、エネルギープロファイルがフラットトップの光に成形することができる。
【００５４】
なお、ミラー１２及び２３を用いずに、アッテネータ２２からの出射光が直接ビーム成形光学素子１３に入射可能な位置に光源２１及びアッテネータ２２を配置してもよい。
【００５５】
ビーム成形光学素子１３で所定形状に成形されたレーザ光２１ｘは、ステージ１００上に載置された加熱対象物３００に入射する。
【００５６】
温度計測手段２４は、加熱対象物３００の表面温度を計測（モニタリング）する機能を有する。温度計測手段２４は、加熱対象物３００の一方の側（レーザ光２１ｘが照射される側とは反対側）に、例えば、加熱対象物３００と非接触な状態で設置されている。
【００５７】
温度計測手段２４としては、例えば、パイロメータ等を用いることができる。温度計測手段２４は、計測波長範囲が、レーザ光２１ｘの波長である５３２ｎｍ付近を含まない、例えば、８００ｎｍ〜１８００ｎｍ程度である高感度の赤外センサとすることができる。温度計測手段２４の計測場所は加熱対象物３００中の被加熱膜（図示せず）の表面にあわせる。つまり、温度計測手段２４の計測位置は、被加熱膜の加熱される領域上である。温度計測手段２４の計測面積は、レーザ光２１ｘのビーム寸法より小さい方が好ましい。
【００５８】
温度計測手段２４は、例えば、温度計測手段２４の光軸と、加熱対象物３００の他方の側から照射されるレーザ光２１ｘの光軸とが一致するように配置することができる。つまり、温度計測手段２４は、加熱対象物３００の他方の側から照射されるレーザ光２１ｘと同じ光軸上に設置することができる。
【００５９】
レーザ光２１ｘの波長である５３２ｎｍ付近は、温度計測手段２４の計測波長範囲外であるため、レーザ光２１ｘは温度計測手段２４の計測結果に影響を与えない。
【００６０】
但し、例えば、ステージ１００上に加熱対象物３００を載置させずに光源２１からレーザ光２１ｘを照射した場合等の誤操作によって、レーザ光２１ｘが遮断されずに温度計測手段２４に入射すると、温度計測手段２４にダメージを与えるおそれがある。そこで、本実施の形態では、この問題を回避するために、誤操作を防止する装置を備えることが好ましい。
【００６１】
制御手段１５は、温度計測手段２４の計測結果を入手し、温度計測手段２４の計測結果に基づいて、加熱対象物３００の他方の側から照射される電磁波のエネルギーを制御する機能を有する。具体的には、加熱対象物３００の一方の側に形成された被加熱膜が一定温度に維持されるように、アッテネータ２２を制御する機能を有する。
【００６２】
例えば、アッテネータ２２が、ガラス基板を回転させて（レーザ光２１ｘの光軸に対する傾斜角を変えて）、レーザ光２１ｘの透過率を可変させるタイプであれば、印加電圧に応じてガラス基板を回転させる構成としておけばよい。これにより、制御手段１５は、アッテネータ２２の印加電圧を制御することにより、光源２１から出射されたレーザ光２１ｘの強度を調整できる。
【００６３】
［加熱対象物］
次に、加熱対象物３００の一例について説明する。図５は、第２の実施の形態に係る加熱対象物の構造を例示する断面図である。図５を参照するに、加熱対象物３００は、石英基板３１０と、チタン膜（Ｔｉ膜）３２０と、白金膜（Ｐｔ膜）２４０と、アモルファスＰＺＴ膜２５０とを有する。
【００６４】
チタン膜３２０、白金膜２４０、及びアモルファスＰＺＴ膜２５０は、石英基板３１０の一方の側（表面側）に形成されている。加熱対象物３００に、石英基板３１０の他方の側（裏面側）からレーザ光２１ｘ等の電磁波を照射することにより、白金膜２４０上に形成された被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の膜質を変化させることができる。
【００６５】
石英基板３１０は、各膜を形成する基体となる部分である。石英基板３１０の厚さは、例えば、４００μｍ程度とすることができる。チタン膜３２０は、石英基板３１０の表面に形成されている。白金膜２４０は、チタン膜３２０上に積層されている。
【００６６】
本実施の形態では、チタン膜３２０と白金膜２４０とが積層された金属積層膜（以降、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜とする）が、石英基板３１０の他方の側から照射される電磁波を吸収して白金膜２４０上に形成される被加熱膜を加熱する電磁波吸収層としての機能を有する。チタン膜３２０と白金膜２４０の膜厚は、照射される電磁波を吸収するのに十分な厚さであればよく、例えば、チタン膜３２０の膜厚を５０ｎｍ程度、白金膜２４０の膜厚を１００ｎｍ程度とすることができる。チタン膜３２０及び白金膜２４０は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成できる。
【００６７】
なお、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜に代わる電磁波吸収層として、融点が１０００℃以上の他の耐熱性の膜を任意に組み合わせた金属積層膜を用いてもよい。他の耐熱性の膜の具体例は、前述の通りである。
【００６８】
アモルファスＰＺＴ膜２５０は、電磁波吸収層であるＴｉ／Ｐｔ積層膜を構成する白金膜２４０上に形成された被加熱膜である。アモルファスＰＺＴ膜２５０の膜厚は、例えば、１００ｎｍ程度とすることができる。アモルファスＰＺＴ膜２５０の形成方法等については、前述の通りである。
【００６９】
［レーザ光照射装置を用いた加熱対象物の加熱方法］
次に、レーザ光照射装置２０を用いて、石英基板３１０の他方の側からレーザ光２１ｘを照射することにより、白金膜２４０上に形成された被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の膜質を変化させる方法について説明する。
【００７０】
まず、レーザ光照射装置２０を用いて、加熱対象物３００の石英基板３１０の他方の側（裏面側）から、電磁波吸収層であるＴｉ／Ｐｔ積層膜にレーザ光２１ｘを局部的に照射する。なお、レーザ光２１ｘの波長（例えば、５３２ｎｍ付近）は、石英基板３１０に対して透過性がある。そのため、石英基板３１０の他方の側（裏面側）から照射されるレーザ光２１ｘのエネルギーの９０％以上はＴｉ／Ｐｔ積層膜に到達する。
【００７１】
Ｔｉ／Ｐｔ積層膜は、波長５３２ｎｍ付近の吸収係数が非常に大きく、およそ５×１０５ｃｍ−１である。又、例えば、膜厚１５０ｎｍ程度のＴｉ／Ｐｔ積層膜において、波長５３２ｎｍ付近の光の透過率は１％以下である。従って、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜に到達した波長５３２ｎｍ付近のレーザ光２１ｘの光エネルギーは殆どＴｉ／Ｐｔ積層膜に吸収される。
【００７２】
一般的に、アモルファスＰＺＴ膜の結晶化温度は約６００℃〜８５０℃であり、チタンの融点（１６６０℃）や白金の融点（１７６８℃）よりかなり低い。従って、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜に入射するレーザ光２１ｘのエネルギー密度及び照射時間の制御によって、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜にダメージを与えることなく、アモルファスＰＺＴ膜２５０を局部的に加熱して結晶化できる。レーザ光２１ｘのエネルギー密度は、例えば、１×１０２〜１×１０６Ｗ／ｃｍ２程度とすることができる。レーザ光２１ｘの照射時間は、例えば、１ｍｓ〜２００ｍｓ程度とすることができる。
【００７３】
ステージ１００を例えばＸＹ方向（例えば、レーザ光２１ｘの光軸に略垂直な平面内）で移動してレーザ光２１ｘと加熱対象物３００とを相対的に移動させながら、レーザ光２１ｘを加熱対象物３００に照射する。これにより、アモルファスＰＺＴ膜２５０が順次結晶化し、最終的にアモルファスＰＺＴ膜２５０の全面が結晶化し、白金膜２４０上の全面に結晶質ＰＺＴが形成される。
【００７４】
なお、第１の実施の形態と同様に、膜厚１００ｎｍ程度の結晶質ＰＺＴを複数層積層することができる。
【００７５】
この際、パイロメータ等の感度が高い温度計測手段２４を用いて被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の表面温度をモニタリングしながら、制御手段１５で温度計測手段２４からフィードバックされた信号によってアッテネータ２２に印加する電圧を調整する。これにより、加熱対象物３００中の被加熱膜であるアモルファスＰＺＴ膜２５０の表面温度が一定温度に維持されるため、均一性が高い結晶質ＰＺＴの膜を作製できる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、光源２１として波長が５３２ｎｍ付近の連続発振固体レーザを用いる場合を例に説明したが、石英基板等に対して透過性がある２５０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の連続発振レーザ光やパルス発振レーザ光を用いてもよい。又、本実施の形態では、レーザ光２１ｘのビーム形状が長方形である場合を例に説明したが、レーザ光２１ｘのビーム形状は正方形、円形、楕円形等の形状であってもよい。又、本実施の形態では、レーザ光２１ｘがフラットトップのエネルギー分布を持つ場合を例に説明したが、例えば、レーザ光２１ｘはガウス分布等のエネルギー分布を持つものでもよい。
【００７７】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態とは構成の異なるレーザ光照射装置について例示する。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７８】
［レーザ光照射装置の構造］
まず、レーザ光照射装置の構造の一例について説明する。図６は、第３の実施の形態に係るレーザ光照射装置を例示する図である。図６を参照するに、レーザ光照射装置３０は、光源１１及び温度計測手段１４が光源３１及び温度計測手段３４に置換され、ミラー１２がファイバ３２に置換された点が、第１の実施の形態に係るレーザ光照射装置１０（図１参照）と相違する。又、図６において、図１の加熱対象物２００が加熱対象物４００に変更されている。
【００７９】
光源３１は、加熱対象物４００の一方の側に形成された被加熱膜（後述の図７及びその説明を参照）を加熱するために、加熱対象物４００の他方の側から電磁波の一例であるレーザ光３１ｘを照射する機能を有する。光源３１は、例えば、波長が９８０ｎｍ付近のレーザ光を出射可能な連続発振半導体レーザである。なお、光源３１は、本発明に係る電磁波照射手段の代表的な一例である。
【００８０】
光源３１から出射されたレーザ光３１ｘは、ファイバ３２を経由してビーム成形光学素子１３に入射する。ビーム成形光学素子１３は、入射光の形状を、例えば、約１０００μｍ×約３００μｍの長方形で、エネルギープロファイルがフラットトップの光に成形することができる。
【００８１】
ビーム成形光学素子１３で所定形状に成形されたレーザ光３１ｘは、ステージ１００上に載置された加熱対象物４００に入射する。
【００８２】
温度計測手段３４は、加熱対象物４００の表面温度を計測（モニタリング）する機能を有する。温度計測手段３４は、加熱対象物４００の一方の側（レーザ光３１ｘが照射される側とは反対側）に、例えば、加熱対象物４００と非接触な状態で設置されている。
【００８３】
温度計測手段３４としては、例えば、パイロメータ等を用いることができる。レーザ光３１ｘの波長が９８０ｎｍ付近である場合、温度計測手段３４は、計測波長範囲が、例えば、７００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度である高感度の赤外センサとすることができる。温度計測手段３４の計測場所は加熱対象物４００中の被加熱膜（図示せず）の表面にあわせる。つまり、温度計測手段３４の計測位置は、被加熱膜の加熱される領域上である。温度計測手段３４の計測面積は、レーザ光３１ｘのビーム寸法より小さい方が好ましい。
【００８４】
なお、加熱対象物４００に裏面側（図６の下側）から照射されたレーザ光３１ｘは、加熱対象物４００に遮断され、加熱対象物４００の表面側（図６の温度計測手段３４側）には至らない。従って、温度計測手段３４の計測波長範囲（例えば、７００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度）がレーザ光３１ｘの波長（例えば、９８０ｎｍ付近）を含んでいても、レーザ光３１ｘの影響で、温度計測手段３４の計測精度が低下するおそれはない。
【００８５】
例えば、ステージ１００上に加熱対象物４００を載置させずに光源３１からレーザ光３１ｘを照射した場合等の誤操作によって、レーザ光３１ｘが遮断されずに温度計測手段３４に入射すると、温度計測手段３４にダメージを与えるおそれがある。
【００８６】
そこで、本実施の形態では、この問題を回避するために、温度計測手段３４をレーザ光３１ｘの光軸からずらして斜めに設置している。つまり、温度計測手段３４の光軸と、加熱対象物４００の他方の側から照射されるレーザ光３１ｘの光軸とが所定の傾斜角を有するように、温度計測手段３４が配置されている。加熱対象物４００の他方の側から照射されるレーザ光３１ｘの光軸に対する温度計測手段３４の光軸の傾斜角は、例えば、３０°程度とすることができる。
【００８７】
制御手段１５は、温度計測手段３４の計測結果を入手し、温度計測手段３４の計測結果に基づいて、加熱対象物４００の他方の側から照射される電磁波のエネルギーを制御する機能を有する。具体的には、加熱対象物４００の一方の側に形成された被加熱膜が一定温度に維持されるように、光源３１に印加する電圧を制御する機能を有する。
【００８８】
［加熱対象物］
次に、加熱対象物４００の一例について説明する。図７は、第３の実施の形態に係る加熱対象物の構造を例示する断面図である。図７を参照するに、加熱対象物４００は、ガラス基板４１０と、モリブデン膜（Ｍｏ膜）４２０と、ニッケル膜（Ｎｉ膜）４３０と、アモルファスシリコン膜４４０とを有する。
【００８９】
モリブデン膜４２０、ニッケル膜４３０、及びアモルファスシリコン膜４４０は、ガラス基板４１０の一方の側（表面側）に形成されている。加熱対象物４００に、ガラス基板４１０の他方の側（裏面側）からレーザ光３１ｘ等の電磁波を照射することにより、ニッケル膜４３０上に形成された被加熱膜であるアモルファスシリコン膜４４０の膜質を変化させることができる。
【００９０】
ガラス基板４１０は、各膜を形成する基体となる部分である。ガラス基板４１０の厚さは、例えば、１０００μｍ程度とすることができる。モリブデン膜４２０は、ガラス基板４１０の表面に形成されている。ニッケル膜４３０は、モリブデン膜４２０上に積層されている。
【００９１】
本実施の形態では、モリブデン膜４２０とニッケル膜４３０とが積層された金属積層膜（以降、Ｍｏ／Ｎｉ積層膜とする）が、ガラス基板４１０の他方の側から照射される電磁波を吸収する電磁波吸収層としての機能を有する。電磁波吸収層は、ニッケル膜４３０上に形成される被加熱膜を加熱する。
【００９２】
モリブデン膜４２０とニッケル膜４３０の膜厚は、照射される電磁波を吸収するのに十分な厚さであればよく、例えば、モリブデン膜４２０の膜厚を１００ｎｍ程度、ニッケル膜４３０の膜厚を３ｎｍ程度とすることができる。モリブデン膜４２０及びニッケル膜４３０は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成できる。
【００９３】
なお、Ｍｏ／Ｎｉ積層膜に代わる電磁波吸収層として、融点が１０００℃以上の他の耐熱性の膜を任意に組み合わせた金属積層膜を用いてもよい。他の耐熱性の膜の具体例は、前述の通りである。
【００９４】
アモルファスシリコン膜４４０は、電磁波吸収層であるＭｏ／Ｎｉ積層膜を構成するニッケル膜４３０上に形成された被加熱膜である。アモルファスシリコン膜４４０の膜厚は、例えば、３００ｎｍ程度とすることができる。アモルファスシリコン膜４４０は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により、ニッケル膜４３０上に形成できる。
【００９５】
［レーザ光照射装置を用いた加熱対象物の加熱方法］
次に、レーザ光照射装置３０を用いて、ガラス基板４１０の他方の側からレーザ光３１ｘを照射することにより、ニッケル膜４３０上に形成された被加熱膜であるアモルファスシリコン膜４４０の膜質を変化させる方法について説明する。
【００９６】
まず、レーザ光照射装置３０を用いて、加熱対象物４００のガラス基板４１０の他方の側（裏面側）から、電磁波吸収層であるＭｏ／Ｎｉ積層膜にレーザ光３１ｘを局部的に照射する。なお、レーザ光３１ｘの波長（例えば、９８０ｎｍ付近）は、ガラス基板４１０に対して透過性がある。そのため、ガラス基板４１０の他方の側（裏面側）から照射されるレーザ光３１ｘのエネルギーの９０％以上はＭｏ／Ｎｉ積層膜に到達する。
【００９７】
Ｍｏ／Ｎｉ積層膜は、波長９８０ｎｍ付近の吸収係数が非常に大きく、およそ５×１０５ｃｍ−１である。又、例えば、膜厚１０３ｎｍ程度のＭｏ／Ｎｉ積層膜において、波長９８０ｎｍ付近の光の透過率は１％以下である。従って、Ｍｏ／Ｎｉ積層膜に到達した波長９８０ｎｍ付近のレーザ光３１ｘの光エネルギーは殆どＭｏ／Ｎｉ積層膜に吸収される。
【００９８】
一般的に、アモルファスシリコン膜の結晶化温度は約６５０℃以下であり、モリブデンの融点（２６２０℃）やニッケルの融点（１４５０℃）よりかなり低い。従って、Ｍｏ／Ｎｉ積層膜に入射するレーザ光３１ｘのエネルギー密度及び照射時間の制御によって、Ｍｏ／Ｎｉ積層膜にダメージを与えることなく、アモルファスシリコン膜４４０を局部的に加熱して結晶化できる（ポリシリコンにできる）。レーザ光３１ｘのエネルギー密度は、例えば、１×１０２〜１×１０６Ｗ／ｃｍ２程度とすることができる。レーザ光３１ｘの照射時間は、例えば、１ｍｓ〜２００ｍｓ程度とすることができる。
【００９９】
ステージ１００を例えばＸＹ方向（例えば、レーザ光３１ｘの光軸に略垂直な平面内）で移動してレーザ光３１ｘと加熱対象物４００とを相対的に移動させながら、レーザ光３１ｘを加熱対象物４００に照射する。これにより、アモルファスシリコン膜４４０が順次結晶化し、最終的にアモルファスシリコン膜４４０の全面が結晶化し、ニッケル膜４３０上の全面にポリシリコンが形成される。
【０１００】
この際、パイロメータ等の感度が高い温度計測手段３４を用いて被加熱膜であるアモルファスシリコン膜４４０の表面温度をモニタリングしながら、制御手段１５で温度計測手段３４からフィードバックされた信号によって光源３１に印加する電圧を調整する。これにより、加熱対象物４００中の被加熱膜であるアモルファスシリコン膜４４０の表面温度が一定温度に維持されるため、均一性が高いポリシリコンの膜を作製できる。
【０１０１】
なお、本実施の形態では、光源３１として波長が９８０ｎｍ付近の連続発振半導体レーザを用いる場合を例に説明したが、ガラス基板等に対して透過性がある４００ｎｍ〜２５００ｎｍ程度の連続発振レーザ光やパルス発振レーザ光を用いてもよい。又、本実施の形態では、レーザ光３１ｘのビーム形状が長方形である場合を例に説明したが、レーザ光３１ｘのビーム形状は正方形、円形、楕円形等の形状であってもよい。又、本実施の形態では、レーザ光３１ｘがフラットトップのエネルギー分布を持つ場合を例に説明したが、例えば、レーザ光３１ｘはガウス分布等のエネルギー分布を持つものでもよい。
【０１０２】
このように、本実施の形態に係るレーザ光照射装置１０、２０、及び３０によれは、処理温度を高精度に制御でき、かつ、多種類のレーザを選択することができる。
【０１０３】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０１０４】
例えば、電磁波吸収層に照射する電磁波はレーザ光には限定されず、電磁波吸収層を加熱できる電磁波（電磁波吸収層に吸収される電磁波）であれば、どのようなものを用いてもよい。例えば、フラッシュランプ等が発する光を用いることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０、２０、３０  レーザ光照射装置
１１、２１、３１  光源
１１ｘ、２１、３１ｘ  レーザ光
１２、２３  ミラー
１３  ビーム成形光学素子
１４、２４、３４  温度計測手段
１５  制御手段
２２  アッテネータ
３２  ファイバ
１００  ステージ
２００、３００、４００  加熱対象物
２１０  シリコン基板
２２０  シリコン酸化膜
２３０  酸化チタン膜
２４０  白金膜
２５０  アモルファスＰＺＴ膜
３１０  石英基板
３２０  チタン膜
４１０  ガラス基板
４２０  モリブデン膜
４３０  ニッケル膜
４４０  アモルファスシリコン膜
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０１０６】
【非特許文献１】"Junction scaling using lasers for thermal annealing", Solid State Technology, Vol. 46, Issue. 7, p83 (2003)
【特許文献】
【０１０７】
【特許文献１】特開２００６−１３５１２６号公報
【図１】
2014220331.tif 000003
【図２】
2014220331.tif 000004
【図３】
2014220331.tif 000005
【図４】
2014220331.tif 000006
【図５】
2014220331.tif 000007
【図６】
2014220331.tif 000008
【図７】
2014220331.tif 000009