(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアニール装置において、
被アニール膜に光を照射し、前記光の反射光を反射角度毎に検出することによって前記被アニール膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
測定された前記膜厚に応じてレーザ光の照射エネルギを制御する制御手段と、
前記レーザ光の前記照射エネルギを制御後、前記レーザ光を前記被アニール膜に照射する照射手段と、を具備することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
レーザアニールの方法において、
被アニール膜に光を照射し、前記光の反射光を反射角度毎に検出することによって前記被アニール膜の膜厚を測定し、
測定された前記膜厚に応じてレーザ光の照射エネルギを制御した後、前記レーザ光を前記被アニール膜に照射することを特徴とするレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザアニール装置およびレーザアニール方法に関し、特に半導体薄膜のレーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路や液晶表示素子を製造する際に、レーザアニール装置を用いてシリコン基板やガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜をレーザーアニールすることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン基板やガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜の膜厚は基板毎にばらつくので、同じ照射エネルギで複数の基板上に形成されたアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜をレーザーアニールすると、アニールされたシリコン膜の特性が基板毎にばらついてしまうという問題があった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、シリコン基板やガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜の膜厚が基板毎にばらついても、基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニールされたシリコン膜が得られるレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することにある。
【０００５】
【発明を解説するための手段】
本発明は、レーザアニール装置において、被アニール膜に光を照射し、前記光の反射光を反射角度毎に検出することによって前記被アニール膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、測定された前記膜厚に応じてレーザ光の照射エネルギを制御する制御手段と、前記レーザ光の前記照射エネルギを制御後、前記レーザ光を前記被アニール膜に照射する照射手段と、を具備することを特徴とする。また、本発明は、被アニール膜に光を照射し、前記光の反射光を反射角度毎に検出することによって前記被アニール膜の膜厚を測定し、測定された前記膜厚に応じてレーザ光の照射エネルギを制御した後、前記レーザ光を前記被アニール膜に照射することを特徴とする。
【０００６】
アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜は、その膜厚によって最適なレーザ光の照射エネルギが異なる。この請求項１のレーザアニール装置を使用すれば、被アニール膜の結晶化状態を測定することが可能であるので、予め所定の箇所にレーザ光を照射してその箇所をレーザアニールし測定手段によりその箇所の結晶化状態を測定し、その測定された結晶化状態に応じて制御手段により被アニール膜に照射されるレーザ光の照射エネルギを制御して、レーザアニールを行うことにより、たとえアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜の膜厚が基板毎にばらついても、基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニール膜が得られる。
【０００７】
また、前記測定手段が顕微ラマン分光分析手段であることが好ましい。
【０００８】
また、前記制御手段が、測定された前記結晶化状態に応じて前記レーザ光の照射エネルギを制御可能な制御手段であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を被アニール膜に導く光学系と、前記被アニール膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、前記被アニール膜に照射されるレーザ光の照射エネルギを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記膜厚測定手段により測定された前記被アニール膜の膜厚に応じて前記レーザ光の照射エネルギを制御することを特徴とする。
また、本発明のレーザアニール装置は、レーザアニール装置において、基板に形成された被アニール膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、前記被アニール膜の膜厚に応じてレーザ光の照射エネルギを制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
また、本発明のレーザアニール方法は、基板に形成された被アニール膜の膜厚を測定し、
測定された前記膜厚に応じてレーザ光の照射エネルギを制御した後、前記レーザ光を前記被アニール膜に照射することを特徴とする。
【００１０】
アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜は、その膜厚によって最適なレーザ光の照射エネルギが異なるが、この請求項４のレーザアニール装置を使用すれば、被アニール膜の膜厚を測定することが可能であるので、予め被アニール膜の膜厚を測定し、その測定された膜厚に応じて制御手段により被アニール膜に照射されるレーザ光の照射エネルギを制御して、レーザアニールを行うことにより、たとえアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜の膜厚が基板毎にばらついても、基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニール膜が得られる。
【００１１】
また、前記膜厚測定手段がエリプソメータであることが好ましい。
【００１２】
また、前記制御手段が、測定された前記膜厚に応じて前記レーザ光の照射エネルギを制御可能な制御手段であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、基板上に形成された被アニール膜の第１の所定の領域にレーザ光源からのレーザ光を照射して前記第１の所定の領域をレーザアニールする工程と、前記第１の所定の領域の結晶化状態を測定する工程と、前記測定された結晶化状態に応じて前記レーザ光源からのレーザ光の照射エネルギを制御し、前記照射エネルギが制御された前記レーザ光を、前記被アニール膜の第２の所定の領域であって前記第１の所定の領域とは異なる前記第２の所定の領域に照射して前記被アニール膜をアニールする工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜は、その膜厚によって最適なレーザ光の照射エネルギが異なるが、この請求項７のレーザアニール方法を使用すれば、予め第１の領域にレーザ光を照射してその領域をレーザアニールしてその領域の結晶化状態を測定し、その測定された結晶化状態に応じて被アニール膜に照射されるレーザ光の照射エネルギを制御して、レーザアニールを行うので、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜の膜厚が基板毎にばらついても、基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニール膜が得られる。
【００１５】
また、本発明は、基板上に形成された被アニール膜の第１の所定の領域の複数箇所に、複数の異なる照射エネルギでレーザ光源からのレーザ光をそれぞれ照射して前記第１の所定の領域の前記複数箇所をそれぞれレーザアニールする工程と、前記第１の所定の領域の前記複数箇所の結晶化状態をそれぞれ測定する工程と、前記測定された前記複数箇所のそれぞれ複数の結晶化状態のうちから最適の結晶化状態のものを選択し、前記最適の結晶化状態を得る際に用いた前記照射エネルギで、前記レーザ光を、前記被アニール膜の第２の所定の領域であって前記第１の所定の領域とは異なる前記第２の所定の領域に照射して前記被アニール膜をアニールする工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第１の所定の領域の結晶化状態の測定が、顕微ラマン分光分析法を用いて行われることが好ましい。
【００１７】
また、前記結晶化状態の測定が、前記基板毎に行われることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、基板上に形成された被アニール膜の膜厚を測定する工程と、測定された前記被アニール膜の膜厚に応じてレーザ光源からのレーザ光の照射エネルギを制御し、前記照射エネルギが制御された前記レーザ光を、前記被アニール膜に照射して前記被アニール膜をアニールする工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜は、その膜厚によって最適なレーザ光の照射エネルギが異なるが、この請求項１１のレーザアニール方法を使用すれば、予め被アニール膜の膜厚を測定し、その測定された膜厚に応じて被アニール膜に照射されるレーザ光の照射エネルギを制御して、レーザアニールを行うので、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜の膜厚が基板毎にばらついても、基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニール膜が得られる。
【００２０】
また、前記被アニール膜の膜厚の測定が、エリプソメータを用いて行われることが好ましい。
【００２１】
また、前記膜厚の測定が、前記基板毎に行われることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する
（第１の実施の形態）
この第１の実施の形態では、顕微ラマン分光分析法を使用して結晶化状態を測定し、その測定された結晶化状態に応じてガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜をレーザアニールする方法を説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態のレーザアニール装置を説明するための図である。図２は、本実施の形態に用いる顕微ラマン装置の構成を示す図である。このレーザアニール装置は、レーザ光源１０と、光学系２０と、被アニール膜の結晶化状態を測定するための測定手段３０と、この測定手段３０からの信号が入力され、その入力信号に応じて、レーザ光源１０の発振器１５または光学系２０のビーム径を制御可能な制御手段４０とを備えている。
【００２４】
本実施の形態では、レーザ光源１０としてＸｅＣＬエキシマーレーザ光源を使用した。また、本実施の形態では、被アニール膜の結晶化状態を測定するための測定手段３０として、顕微ラマン分光分析器３２を使用した。
【００２５】
レーザ光源１０からのレーザ光１１は、光学系２０によって、所望の光強度分布を有する光束となった後に、試料５０上に照射される。顕微ラマン分光分析器３２はＡｒレーザ光源３４と検出器３６とを備え、Ａｒレーザ光を試料５０に照射して、試料５０から散乱されるラマン信号を検出器３６によって検出するように構成されている。また、制御手段４０には、この顕微ラマン分光分析器３２からの信号が入力され、その信号に応じて、この制御手段４０は、レーザ光源１０の発振器１５の出力を制御する。この制御手段４０は、ホモジナイザ等のビーム径を制御することにより光学系２０の光束のビーム径を制御することもできる。この他、この制御手段４０は、試料５０に照射されるエネルギーを減衰させる機能を有するアッテネーターの減衰量を制御するようにすることもできる。このアッテネーターの例としては、透過率の異なる複数の部分透過ミラーを備えこの部分ミラーを選択して光路に挿入するもの、ハーフミラーを光路に挿入しこのハーフミラーと光束との角度を変えるもの、偏光板を光路に挿入しその偏光軸の方向を変えるもの、等を用いることができる。このようにしてレーザ光源１０の発振器１５を制御する、光学系２０のビーム径を制御する、等の手段を用いることにより、試料５０に照射されるエキシマレーザの照射エネルギを試料５０に応じた強度にすることができる。
【００２６】
次に、本実施の形態のレーザアニール装置１００の操作を、試料５０として、その表面にアモルファスシリコン膜がＬＰＣＶＤ等により形成されたガラス基板を使用した場合を例にとって説明する。
【００２７】
まず、アモルファスシリコン膜の素子を作製しない領域内の複数のテスト箇所に、ＸｅＣＬエキシマレーザ光を照射して、複数のテスト箇所をそれぞれレーザアニールする。この際、前述したようにレーザ光源１０の発振器１５を制御する、ホモジナイザ２０のビーム径を制御する、等の手段を用いることによって、照射するエキシマレーザ光の照射エネルギをテスト箇所毎に変化させる。
【００２８】
そして、次に、顕微ラマン分光分析器３２によって、複数のテスト箇所のそれぞれの結晶化状態を測定する。本実施例においては、アモルファスシリコン膜中に含まれている結晶の割合（結晶成分比）を求めた。
【００２９】
次に、このようにして求めた結晶成分比のうち、最適な値を示すＸｅＣＬエキシマレーザ光１１の照射条件を求め、その条件をフィードバックして、制御手段４０によってレーザ光源１０の発振器１５を制御して、アモルファスシリコン膜に照射されるＸｅＣＬエキシマレーザの照射エネルギをそのアモルファスシリコン膜に応じた強度に制御して、アモルファスシリコン膜の素子を形成する領域をレーザアニールする。または、制御手段４０によって、ホモジナイザのビーム径を制御することにより光学系２０の光束のビーム径を制御して、アモルファスシリコン膜に照射されるＸｅＣＬエキシマレーザの照射エネルギをそのアモルファスシリコン膜に応じた強度に制御して、アモルファスシリコン膜の素子を形成する領域をレーザアニールする。
【００３０】
上記操作を、ガラス基板毎に繰り返すことにより、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜の膜厚がガラス基板毎にばらついても、ガラス基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニール膜が得られる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態では、エリプソメトリを利用してガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜の膜厚を測定し、その測定された膜厚に応じてガラス基板のアモルファスシリコン膜をレーザアニールする方法を説明する。
【００３２】
図３は、本実施の形態のレーザアニール装置を説明するための図である。図４は、本実施の形態に用いられるエリプソメータの構成を示す図である。このレーザアニール装置は、レーザ光源１０と、光学系２０と、エリプソメータ６２と、エリプソメータ６２からの信号が入力され、その入力信号に応じて、レーザ光源１０の発振器１５または光学系２０のビーム径を制御可能な制御手段７０と、を備えている。
【００３３】
本実施の形態では、レーザ光源１０としてＸｅＣＬエキシマーレーザ光源を使用した。また、本実施の形態では、膜厚測定手段６０としてエリプソメータ６２を使用した。
【００３４】
レーザ光源１０からのレーザ光１１は、光学系２０によって、所望の光強度分布を有する光束となった後に、試料５０上に照射される。エリプソメータ６０は白色光源６４と検出器６６を備え、白色光から分光された光を試料５０に照射して、試料５０からの反射される光を反射角度毎に検出してその試料の膜厚を測定するように構成されている。また、制御手段７０には、このエリプソメータ６０からの信号が入力され、その信号に応じて、この制御手段７０は、レーザ光源１０の発振器１５の出力を制御する。この制御手段７０は、ホモジナイザのビーム径を制御することにより光学系２０の光束のビーム径を制御することもできる。この他、試料５０に照射されるエネルギーを減衰させる機能を有するアッテネーターの減衰量を制御することによっても本実施例と同様な効果がある。このようにしてレーザ光源１０の発振器１５を制御する、ホモジナイザ２０のビーム径を制御する、等の手段を用いることにより、試料５０に照射されるエキシマレーザの照射エネルギを試料５０に応じた強度にすることができる。
【００３５】
次に、本実施の形態のレーザアニール装置の操作を、試料５０として、その表面にアモルファスシリコン膜がＬＰＣＶＤ等により形成されたガラス基板を使用した場合を例にとって説明する。
【００３６】
まず、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜の膜厚をエリプソメータ６０により測定する。
【００３７】
次に、このようにして求めた膜厚によってＸｅＣＬエキシマレーザ光１１の照射条件を求め、その条件をフィードバックして、制御手段７０によってレーザ光源１０の発振器１５を制御して、アモルファスシリコン膜に照射されるＸｅＣＬエキシマレーザの照射エネルギをそのアモルファスシリコン膜に応じた強度に制御して、アモルファスシリコン膜の素子を形成する領域をレーザアニールする。または、または制御手段７０によって、ホモジナイザのビーム径を制御することにより光学系２０の光束のビーム径を制御して、アモルファスシリコン膜に照射されるＸｅＣＬエキシマレーザの照射エネルギをそのアモルファスシリコン膜に応じた強度に制御して、アモルファスシリコン膜の素子を形成する領域をレーザアニールする。
【００３８】
上記操作を、ガラス基板毎に繰り返すことにより、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜の膜厚がガラス基板毎にばらついても、ガラス基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニール膜が得られる。
【００３９】
なお、上記第１および第２の実施の形態においては、試料５０としてアモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板を使用したが、試料５０としてポリシリコン膜が形成された半導体Ｓｉウェーハ等を用いることもできる。
【００４０】
また、上記第１および第２の実施の形態においては、ＸｅＣＬエキシマーレーザを用いたが、レーザ光源１０として、その他ＫｒＦエキシマーレーザ、ＡｒＦエキシマーレーザ、その他のエキシマーレーザを用いることもできる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、シリコン基板やガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等の被アニール膜の膜厚が基板毎にばらついても、基板間においてばらつきがなく均一な特性のレーザアニールされたシリコン膜等のアニール膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のレーザアニール装置を説明するための図。
【図２】弟１の実施の形態に用いられる顕微ラマン分光分析器の構成を示す図。
【図３】第２の実施の形態のレーザアニール装置を説明するための図。
【図４】弟２の実施の形態に用いられるエリプソメータの構成を示す図。
【符号の説明】
１０…レーザ光源
１１…レーザ光
１５…発振器
２０…光学系
２２…ホモジナイザ
３０…結晶化状態測定手段
３２…顕微ラマン分光分析器
３４…Ａｒレーザ光源
３６…検出器
４０…制御手段
５０…試料
６０…膜厚測定手段
６２…エリプソメータ
６４…光源
６６…検出器
７０…制御手段
【図１】
0003580079.tif 000002
【図２】
0003580079.tif 000003
【図３】
0003580079.tif 000004
【図４】
0003580079.tif 000005