(57)【要約】【課題】結晶化に直接対応したレーザビーム評価方法を提供する。また、所望の結晶化が可能となるようなビーム調整方法を提供する。【解決手段】基板１９上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度Ｅ０から順に下げていき、結晶化領域Ａが現れる照射エネルギー密度の範囲Ｅ０〜Ｅ−８が所定範囲内になるように、光学系を調整する。【選択図】        図６
2004356514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、レーザ照射により基板上に形成された結晶化領域の分布状態に基いて上記線状レーザビームの長手方向の均一性を評価したことを特徴とするレーザプロセス装置におけるレーザビーム評価方法。
【請求項２】
線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、各照射エネルギー密度における結晶化領域の分布状態により、上記線状レーザビームの長手方向の均一性を評価したことを特徴とする請求項１記載のレーザプロセス装置におけるレーザビーム評価方法。
【請求項３】
基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるように、光学系を調整したことを特徴とするレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法。
【請求項４】
線状レーザビームを形成する光学系は、レーザ発振器から発生するレーザビームを長手方向に集光するＹ集光レンズと、この集光ビームを複数回内部反射させて伝送する導波路と、導波路からの出射ビームを短手方向に集光するＸ集光レンズとを備え、上記導波路内でのレーザビームの反射回数が増加するように上記光学系を調整することにより、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるようにしたことを特徴とする請求項３記載のレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法。
【請求項５】
基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲より大きい場合、レーザビーム照射領域の一部のみが結晶化される照射エネルギー密度に照射エネルギー密度を固定し、短手方向に集光するＸ集光レンズの焦点位置を基準焦点位置からずらしたときの結晶化領域の分布状態により、上記Ｘ集光レンズの傾きを判定し、光学系を調整したことを特徴とするレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法。
【請求項６】
線状レーザビームを形成する光学系は、レーザ発振器から発生するレーザビームを長手方向に集光するＹ集光レンズと、この集光ビームを複数回内部反射させて伝送する導波路と、導波路からの出射ビームを短手方向に集光するＸ集光レンズとを備え、上記Ｘ集光レンズが傾いているときは、上記Ｘ集光レンズの傾きを調整し、上記Ｘ集光レンズが傾いていないときは、上記導波路内でのレーザビームの反射回数が増加するように上記光学系を調整し、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるようにしたことを特徴とする請求項５記載のレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法。
【請求項７】
基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、各照射エネルギー密度における結晶化領域の分布状態により、上記線状レーザビームの長手方向のビームプロファイルを得ると共に、基板の、レーザ照射側と反対側にレーザビーム検出器を配置し、上記レーザビーム検出器により上記基板を透過する線状レーザビームの長手方向のビームプロファイルを得、上記各ビームプロファイルを比較することによって、上記線状レーザビームの長手方向の均一性を評価したことを特徴とするレーザプロセス装置におけるレーザビーム評価方法。
【請求項８】
基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度と上記線状レーザビームを形成する光学系の焦点位置とを変化させると共に、一枚の基板上に各上記照射エネルギー密度と各上記焦点位置とをマトリックス状に振った条件でレーザアニールを行い、上記基板上に形成された結晶化領域の分布状態より最適照射エネルギー密度と最適焦点位置とを決定することを特徴とするレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザプロセス装置におけるレーザビーム評価方法及びレーザビーム調整方法に関するものであり、特に細長い線状のレーザビームを走査して基板を局所的にレーザアニーリングし、結晶化させるレーザアニール装置において、上記線状のレーザビームの均一性を評価する方法、及び上記レーザビームを調整する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザアニール装置におけるレーザビームの調整、特にレーザビーム長手方向の均一性を得るためには、アニールされる基板の下方にレーザビーム検出器を設置し、このレーザビーム検出器によりビームプロファイル（レーザビーム強度分布）を検出して行っていた（例えば、特許文献１参照。）。即ち、レーザアニーリングを行う基板を配置する加工ステージの、レーザ照射位置にあたる場所に貫通孔を設け、レーザビームが基板上の被照射膜（例えば非晶質ケイ素膜）および貫通孔を通過して、ステージ下方に配置されたレーザビーム検出器に到達するように構成することにより、ビームプロファイル（レーザビーム強度分布）を検出する。検出したビームプロファイル（レーザビーム強度分布）のデータを基にレーザ出力、またはレーザ伝送光学系を調整することによってレーザビーム長手方向の均一性を得るようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７６００７８号公報（第４−８頁、図１−６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のような測定方法でビームプロファイル（レーザビーム強度分布）を検出し、レーザビームの均一性を評価する場合、検出器が必要となり、また、上記検出器により検出されたビームプロファイル（レーザビーム強度分布）と、実際の非晶質ケイ素膜を結晶化させた場合とは必ずしも一致しないといった問題点があった。即ち、レーザビーム検出器で測定したビームプロファイルは、検出器に到達したレーザビームを集光方向に積分したレーザビームのビームプロファイルを出力するが、レーザビームの発散性またはレーザ伝送光学系の調整によっては、集光方向（短手方向）のビーム形状が長手方向の場所により異なることがあり、集光方向のビーム形状の違いによってはビームプロファイル（レーザビーム強度分布）は、実際の非晶質ケイ素膜を結晶化させる場合と必ずしも一致しないといった問題点があった。
また、従来のレーザビーム評価、調整方法では、通常レーザビーム検出器として用いられるＣＣＤカメラの分解能では７μｍピッチ程度が限界であり、特に集光方向（短手方向）の正確な集光形状を検出することは困難であった。
また、従来は焦点位置を振って最適焦点位置を決定し、次にレーザエネルギーを振って最適エネルギー密度を決定する手法を取っていたため、最適なビーム照射条件を決定するのに時間がかかるという問題があった。また、焦点位置を振ってもそのアニール結果での変化は少なく、最適な焦点位置が見つけ難いため、必ずしも最適な焦点位置に設定できないという問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、結晶化に直接対応したレーザビーム評価方法を提供する。
また、所望の結晶化が可能となるビーム調整方法を提供するものである。また、極めて短い時間で確実に焦点位置、照射エネルギーに関し最適化条件を見い出し、また、エネルギー利用の面でも効率的にアニール照射ができるビーム調整方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザプロセス装置におけるレーザビーム評価方法は、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、レーザ照射により基板上に形成された結晶化領域の分布状態に基いて上記線状レーザビームの長手方向の均一性を評価したものである。
【０００７】
また、この発明に係るレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法は、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるように、光学系を調整したものである。
【０００８】
また、この発明に係るレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法は、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲より大きい場合、レーザビーム照射領域の一部のみが結晶化される照射エネルギー密度に照射エネルギー密度を固定し、短手方向に集光するＸ集光レンズの焦点位置を基準焦点位置からずらしたときの結晶化領域の分布状態により、上記Ｘ集光レンズの傾きを判定し、光学系を調整したものである。
【０００９】
また、この発明に係るレーザプロセス装置におけるレーザビーム調整方法は、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度と上記線状レーザビームを形成する光学系の焦点位置とを変化させると共に、一枚の基板上に各上記照射エネルギー密度と各上記焦点位置とをマトリックス状に振った条件でレーザアニールを行い、上記基板上に形成された結晶化領域の分布状態より最適照射エネルギー密度と最適焦点位置とを決定するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係わるレーザアニール装置のレーザ伝送光学系を示す図であり、ＹＡＧ２ωレーザを用いた場合を示す。図１（ａ）は線状のレーザビームの短手方向（Ｘ軸方向）の光学系、図１（ｂ）は線状のレーザビームの長手方向（Ｙ軸方向）の光学系である。
長手方向（Ｙ軸方向）では均一に、短手方向（Ｘ軸方向）ではレーザ出力時のガウス分布を保った線状レーザビームを形成するためには、まず、長手方向において、レーザ発振器より出力された円状のレーザビーム９（Ｙ軸方向のビームプロファイル９ｙ）は、Ｙコリメートレンズ７によって既定サイズの平行光に変換される。既定サイズの平行光に変換された光はＹ集光レンズ８によって導波路５に入射される。Ｙ集光レンズ８によって導波路５に入射された光は導波路内で反射を繰り返し、導波路出口でのＹ軸方向分布が均一になる。そして導波路５より出た光は転写レンズ６によってステージ４上に転写され、Ｙ軸方向に均一な矩形状のビーム１０（Ｙ軸方向のビームプロファイル１０ｙ）になる。点線はレーザビームの光軸１を示す。
短手方向においては、レーザ発振器より出力された円状のレーザビーム９（Ｘ軸方向のビームプロファイル９ｘ）は、Ｘコリメートレンズ２によって既定サイズの平行光に変換される。その後Ｘ集光レンズ３によってステージ４上で短手方向に集光され、レーザ出力時のガウス分布を保った集光径５０μｍ程度のビーム１０（Ｘ軸方向のビームプロファイル１０ｘ）になる。このように、上記レーザ伝送光学系においては、図２に示すように、導波路入口でのレーザビーム強度分布に崩れが無い場合は、導波路５を通過することによってレーザビームは複数回反射されて均一化され、長手方向に均一な矩形ビームが得られる。また、図３に示すように、導波路５を通ることにより、レーザビームは分割されたビームが交互に折り返されて重ね合わされたビームとなる。それによってレーザ出力時のガウス分布が均一形状に変換される。よって長手方向は均一で、短手方向はレーザ出力時のガウス分布を保った線状レーザビームを形成することができる。
【００１１】
図４〜図９は各々、本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。先ず、図４に示すレーザアニール装置により非晶質ケイ素膜基板を実際にレーザアニールする。図４において、レーザ発振器１１より出力されたレーザビーム１２はレーザ伝送光学系１３を通過することによってレーザビーム断面の一方向のみが均一化されレーザビームの出力が調整される。レーザビームは反射鏡１４によって加工ステージ１８の方向に反射され、反射光１６は集光レンズ１５によって、レーザ伝送光学系によって均一化されずレーザビームの強度分布を維持した一方向を集光する。またビームの集光位置は集光レンズ１５により基板上に焦点を結ぶように設定され、加工ステージ１８上に配置された非晶質ケイ素膜基板１９に長方形のレーザビーム１７が照射されるようになっている。ここで集光レンズ１５は図１のＸ集光レンズ３に対応している。
【００１２】
図５、図６は実際に非晶質ケイ素膜基板をレーザアニールすることによってレーザビーム長手方向の均一性を評価する方法を説明する図である。
図５、図６に示すように、先ず、非晶質ケイ素膜基板１９に照射エネルギー密度Ｅ０の条件で線状レーザビームを照射すると共に、レーザビームを長手方向と直交する方向に走査してレーザアニールを数ミリ程度行なう。非晶質ケイ素膜が結晶化されると基板上の反射率が非晶質ケイ素膜状態と結晶化膜状態では違い、安易に目視で確認できる。照射エネルギー密度Ｅ０は長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度であり、上記条件でのレーザ照射により非晶質ケイ素膜が結晶化された結晶化領域Ａがレーザビーム照射領域Ｂの全域に現れる。次に、照射エネルギー密度Ｅ１の条件で線状レーザビームを長手方向と直交する方向に走査して、同様にレーザアニールする。以下同様に、照射エネルギー密度Ｅ２〜Ｅ−８にてレーザアニールする。照射エネルギー密度Ｅ１〜Ｅ−８は照射エネルギー密度Ｅ０に対して段階的に照射エネルギー密度を下げたものであり、照射エネルギーを下げるピッチとしては前アニール条件に対して２％以下としている。
【００１３】
線状レーザビームビームの長手方向のエネルギー密度分布が図６の下段に示すように不均一の場合、照射エネルギー密度をＥ０〜Ｅ−８に順に下げていくと、レーザビーム照射領域Ｂに対して結晶化領域Ａが徐々に減っていき、この減少過程でレーザビームの不均一性を詳細に確認することができる。
線状レーザビームの長手方向のエネルギー密度分布が図７の下段に示すように、ほぼ均一の場合は、照射エネルギー密度をＥ０〜Ｅ−８に順に下げていくと、同様にレーザビーム照射領域Ｂに対して結晶化領域Ａが徐々に減っていくが、この場合は結晶化領域Ａが無くなる照射エネルギー密度はＥ５であり、図６の場合よりも結晶化領域が現れる下限エネルギーが高くなる。即ち、結晶化領域Ａが現れる照射エネルギー密度の範囲が小さくなる。
【００１４】
このように、照射エネルギー密度を長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度から順に下げていく過程での結晶化領域Ａの分布の状態によりレーザビームのビームプロファイルが確認でき、これにより均一性を評価できる。その結果、レーザビーム長手方向の均一性分布を測定するための検出器は不要になる。また、実際の非晶質ケイ素膜を結晶化させる場合と一致したレーザビーム長手方向のビームプロファイルを確認できる。
また、結晶化領域Ａが現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるように、光学系を調整することにより、レーザビーム長手方向に均一なレーザビームを照射して所望の結晶化が可能となる。なお、結晶化領域Ａが現れる照射エネルギー密度の範囲は、照射エネルギー密度Ｅ０に対して−２％の範囲が望ましい。
【００１５】
図５に示すような長手方向に不均一なレーザビームを、図６に示すような長手方向にほぼ均一な線状レーザビームとするためには、例えば図８、図９に示すような光学系の調整方法がある。即ち、図７に示すように、導波路入口でのレーザ強度分布が崩れている場合、導波路出口でのレーザビーム長手方向の強度分布の均一性も崩れてしまい、図５に示すような、レーザビーム長手方向に不均一なエネルギー密度分布を生じる原因となる。そこで、図８においては、導波路５の入口でのレーザビームのＮＡ（開口数）を大きくする。それによって導波路内でのレーザビームの分割数（反射回数）が増え、レーザ強度分布が崩れている場合でも線状レーザビーム長手方向の強度分布の均一性を得ることができる。
あるいは、図９においては、導波路５を傾けることで、導波路内でのレーザビームの分割数（反射回数）を増やし、その結果、線状レーザビーム長手方向の強度分布の均一性を得る。
このようにして、レーザビーム長手方向の強度分布を均一にすることにより、図６に示すように、結晶化領域Ａが現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるように調整することが可能となる。
【００１６】
実施の形態２．
本実施の形態２では光学系の他の調整方法を示す。図１に示すようなＹＡＧ２ωレーザにおける伝送光学系の調整に際して、各レンズは光軸１を基準にアライメントを行なっていく。各レンズはそれぞれアライメント裕度を有しているが、目視での確認による調整のため、アライメントのズレや、レンズ設計仕様に対してレンズ作成時の切削研磨精度の影響等により、長手方向の均一性および短手方向の集光径のばらつきが発生してくる。
図１０にＸ集光レンズ３が傾いた状態を示す。また、図１１にＸ集光レンズ３が傾くことによる線状ビーム長手方向のビームプロファイルと、長手方向の左右端部および中央部における短手方向のビームプロファイルを示す。Ｘ集光レンズ３は、線状ビーム長手方向に対して傾きがあると、図１１に示したように、集光径が長手方向の場所によって異なってくる。その結果、レーザビーム強度分布が長手方向で同じであっても、エネルギー密度が長手方向の場所によって異なってくる。本実施の形態２ではこのようなレーザビーム長手方向のエネルギー密度の不均一性を検出し、長手方向に均一なビームが得られるように光学系を調整する方法を示す。
【００１７】
図１２は本発明の実施の形態２によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。実施の形態１と同様にして、非晶質ケイ素膜基板１９に照射エネルギー密度Ｅ０〜Ｅ−８の条件で線状レーザビームを照射し、レーザアニールする。Ｘ集光レンズ３が線状ビーム長手方向に対して傾きがある場合、各照射エネルギー密度Ｅ０〜Ｅ−８における結晶化領域Ａは、レーザビーム長手方向にエネルギー密度分布があるため、図１２（ａ）に示すように、図６と同様の分布状態を示す。このばらつきの要因が、Ｘ集光レンズ３の傾きによるものか否かを判断するには以下のようにする。
図１２（ａ）に示す結晶化領域Ａの分布において、レーザビーム照射領域Ｂの一部のみ結晶化されているような照射エネルギー密度（例えばＥ−８）に照射エネルギー密度を固定し、焦点位置を、基準焦点位置ｆ０に対して±１００μｍピッチでずらし、長手方向と直交する方向に順にアニールを行っていく。Ｘ集光レンズ３が線状ビーム長手方向に対して傾いているときの結晶化領域の分布状態を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）では、結晶化領域Ａが焦点を変化させることによって線状ビーム長手方向にシフトしている。このような状態が現れた場合、Ｘ集光レンズ３の傾きが要因で長手方向の不均一性が発生していると判断できる。Ｘ集光レンズ３が傾いておらず、正しくアライメントされているときの結晶化領域の分布状態を図１２（Ｃ）に示す。図１２（ｃ）では、結晶化領域Ａを示した実線の太さで結晶化の度合いを示している。図１２（ｃ）の状態では、焦点を変化させることによって結晶化領域Ａはシフトせず、結晶化度合いが変化している。このような状態が現れた場合は実施の形態１で示したレーザ出力時の強度分布の崩れが要因であると判断できる。
焦点を変えてアニールした時の結晶化領域の変化の様子から均一化のばらつきの要因を判断し、図１２（ｂ）のパターンが現れたときにはＸ集光レンズ３の傾きを調整し、図１２（ｃ）に示すようなパターンが現れたときには、実施の形態１で示したような光学系の調整を行えばよい。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態１、２に示したレーザビームの評価方法および調整方法において、さらに、集光レンズ１５（Ｘ集光レンズ３）の焦点位置を、図１３に示す方法により確認することにより、レーザアニールに最適な焦点位置を確認することができる。
実施の形態１と同様、図４に示す装置を用い、非晶質ケイ素膜基板１９に、レーザビーム長手方向全域で結晶化可能な標準の照射エネルギー密度Ｅ０で線状レーザビームを照射すると共に、レーザビームを長手方向と直交する方向に走査してレーザアニールを数ミリ程度行なう。この際、照射エネルギー密度Ｅ０は固定で、焦点位置を、基準焦点位置ｆ０に対して±１００μｍピッチでずらし、長手方向と直交する方向に順にアニールを行っていく。図１３では、結晶化領域Ａ（＝レーザビーム照射領域Ｂ）を示した実線の太さで結晶化の度合いを示している。このようなレーザアニールを行ない、最も結晶化度合いの強い領域が焦点位置に対応し、レーザアニールに最適な焦点位置を確認することができる。図１３の場合はｆ０がレーザアニールに最適な焦点位置である。
【００１９】
実施の形態４．
実施の形態１、２に示したレーザビームの評価方法および調整方法において、レーザビーム長手方向全域で結晶化可能な標準の照射エネルギー密度Ｅ０を決定するには、図１４に示すように、非晶質ケイ素膜基板１９に、基準焦点位置ｆ０は固定で、基準となる照射エネルギー密度Ｅ０に対して照射エネルギーを一定ピッチ（例えば±２％）で段階的にずらしたレーザビームを照射する。図１４では、結晶化領域Ａを示した実線の太さで結晶化の度合いを示している。レーザビーム長手方向全域で結晶化可能な最適照射エネルギー密度Ｅ０は、図１４の場合はＥ０である。
【００２０】
実施の形態５．
実施の形態３、４に示したレーザビームの最適照射エネルギー密度、及び焦点位置の確認において、図１５に示したように、１枚の基板上に照射エネルギー密度と焦点位置をマトリックス状に振った条件でレーザアニールを行なうことにより、レーザアニールに最適な照射エネルギー密度と焦点位置を一度に確認でき、短い調整時間で、かつ適切な照射エネルギー密度でのレーザアニールが可能となる。また、複数の照射エネルギー密度に対して焦点を振るので、焦点位置が見つけやすく、最適な焦点位置に設定することが容易となる。その結果、最小のレーザエネルギーで、効率的に所望のアニールを実現することが可能となる。
【００２１】
実施の形態６．
図１６は本実施の形態６に係わるレーザアニール装置である。上記アニール装置では、非晶質ケイ素膜基板を配置する加工ステージの被照射位置にあたる場所に貫通孔２０を備え、被照射位置延長線上の加工ステージ下部にレーザビーム検出器２２を配置したものである。レーザ発振器１１より出力されたレーザビーム１２は、レーザ伝送光学系１３を通過することによってレーザビーム断面の一方向のみが均一化されレーザビームの出力が調整される。反射鏡１４によって加工ステージ８の方向に反射される。その反射光１６は集光レンズ１５によって、レーザ伝送光学系１３によって均一化されずレーザビームの強度分布を維持した一方向を集光する。またビームの集光位置は集光レンズ１５により基板上に焦点を結ぶように設定され、加工ステージ上に配置された非晶質ケイ素膜基板１９に長方形のレーザビーム１７が照射されるようになっている。加工ステージ１８の貫通孔２０によって非晶質ケイ素膜基板１９に照射されたレーザビームは加工ステージ下部の転写レンズ２１を介してレーザビーム検出器２２に到達し、レーザビームプロファイルを測定することが出来る。レーザビーム検出器２２で測定したビームプロファイルは、検出器２２に到達したレーザビームを集光方向に積分したレーザビームのプロファイルを出力するが、長手方向の各場所では集光形状が必ずしも同じではなく、検出したレーザビームのプロファイルと、実際のレーザビームによるアニール状態とは必ずしも一致しない。そこで、図１６に示すレーザアニール装置においてレーザビーム検出器２２で測定したビームプロファイル（集光方向に積分した値の長手方向の分布）と、同じレーザアニール装置を用いて実施の形態１と同様の評価方法で得られたビームプロファイル（エネルギー密度の長手方向の分布）とを比較し、一致した場合にはビームが均一になったと判断できる。このようにすることによって長手方向の各場所による集光形状の均一性を確認でき、実際の非晶質ケイ素膜を結晶化させる場合と一致したレーザビーム長手方向のビームプロファイルを確認できる。
【００２２】
実施の形態７．
上記各実施の形態では、結晶化領域Ａを確認する際に、非晶質ケイ素膜状態と結晶化膜状態の違いを目視で確認していた。本実施の形態では、図１７に示すように、反射率を測定することによって行っている。図１７において、結晶化領域Ａが形成された非晶質ケイ素膜基板１９に対し、検査光源２３よりレーザビームを照射し、レーザビーム照射領域Ｂからの反射光を反射光用フォトセンサ２４で検出することにより、各照射位置の反射率を測定する。反射光用フォトセンサ２４からの信号をレコーダー２５で記録し、レーザアニール装置をコントローラ２６で制御する。
このような装置を使用することによって、非晶質ケイ素膜基板を結晶化した被照射膜の詳細な反射率を得ることが可能となり、長手方向のレーザビームの均一性をより高精度に評価、調整することが可能になる。
【００２３】
実施の形態８．
本実施の形態８では、結晶化領域Ａを確認する際に、反射率、及び透過率を測定する測定することによって行っている。図１８において、結晶化領域Ａが形成された非晶質ケイ素膜基板１９に対し、検査光源２３よりレーザビームを照射し、レーザビーム照射領域Ｂからの反射光を反射光用フォトセンサ２４で検出し、反射率を測定すると共に、レーザビーム照射領域Ｂからの透過光を透過光用フォトセンサ２７により検出し、透過率を測定する。反射光用フォトセンサ２４と透過光用フォトセンサ２７からの信号をレコーダー２５で記録し、レーザアニール装置をコントローラ２６で制御する。
このような装置を使用することによって、非晶質ケイ素膜基板を結晶化した被照射膜の詳細な反射率及び透過率を得ることが可能となり、長手方向のレーザビームの均一性をより高精度に評価、調整することが可能になる。
【００２４】
上記各実施の形態ではＹＡＧレーザを用い、図１に示すような伝送光学系により線状レーザビームを形成したが、伝送光学系は他の構成であっても良い。
また、ＹＡＧレーザに限らず、エキシマレーザによるものであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、レーザ照射により基板上に形成された結晶化領域の分布状態に基いて上記線状レーザビームの長手方向の均一性を評価したので、結晶化に直接対応したレーザビーム評価が可能となる。
【００２６】
また、この発明によれば、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲内になるように、光学系を調整したので、所望の結晶化が可能となる。
【００２７】
また、この発明によれば、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度を、上記線状レーザビームの長手方向全域で結晶化可能な照射エネルギー密度以下の照射エネルギー密度で変化させ、結晶化領域が現れる照射エネルギー密度の範囲が所定範囲より大きい場合、レーザビーム照射領域の一部のみが結晶化される照射エネルギー密度に照射エネルギー密度を固定し、短手方向に集光するＸ集光レンズの焦点位置を基準焦点位置からずらしたときの結晶化領域の分布状態により、上記Ｘ集光レンズの傾きを判定し、光学系を調整したので、適切な光学系の調整が可能となり、所望の結晶化が可能となる。
【００２８】
また、この発明によれば、基板上に線状レーザビームを照射して照射部分をアニールし結晶化させる際に、上記線状レーザビームの照射エネルギー密度と上記線状レーザビームを形成する光学系の焦点位置とを変化させると共に、一枚の基板上に各上記照射エネルギー密度と各上記焦点位置とをマトリックス状に振った条件でレーザアニールを行い、上記基板上に形成された結晶化領域の分布状態より最適照射エネルギー密度と最適焦点位置とを決定するので、短い調整時間で、かつ適切な照射エネルギー密度でのレーザアニールが可能となる。また、最適な焦点位置に設定するので、最小のレーザエネルギーで、効率的に所望のアニールを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わるレーザアニール装置のレーザ伝送光学系を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態１によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態２によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１２】本発明の実施の形態２によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１３】本発明の実施の形態３によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態４によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１５】本発明の実施の形態５によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１６】本発明の実施の形態６によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１７】本発明の実施の形態７によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【図１８】本発明の実施の形態８によるレーザビーム評価、調整方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  光軸、２  Ｘコリメートレンズ、３  Ｘ集光レンズ、４，１８  ステージ、５  導波路、６，２１  転写レンズ、７  Ｙコリメートレンズ、８  Ｙ集光レンズ、９，１０，１２，１７  レーザビーム、１１  レーザ発振器、１３  レーザ伝送光学系、１４  反射鏡、１５  集光レンズ、１６  反射光、１９  非晶質ケイ素膜基板、２０  貫通孔、２２  レーザビーム検出器、２３  検査光源、２４  反射光用フォトセンサ、２５  レコーダー、２６  コントローラ、２７  透過光用フォトセンサ。
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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