(57)【要約】【課題】１枚の基板内での膜厚分布に起因するレーザアニール後の多結晶Ｓｉ膜特性のばらつきを低減することを可能にする。【解決手段】レーザアニール装置１においては、非晶質Ｓｉ膜７の平面上において複数に区分された領域毎の膜厚を膜厚測定手段４によって測定し、膜厚測定出力に応答して、制御手段５が、光源２の発振出力または照射光学系３の光量を調整することによって、レーザ光の非晶質Ｓｉ膜に対する照射エネルギ密度を制御する。したがって、１枚の基板６内において区分された領域毎に最適な照射エネルギ密度でアニール処理することができるので、アニール後の多結晶Ｓｉ膜の結晶特性を均一化することができる。【選択図】      図１
2005011840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された被照射膜に対してレーザ光を照射してアニール加工を施すレーザアニール装置において、
レーザ光を出射する光源と、
光源から出射されるレーザ光を被照射膜へ導くとともにレーザ光の光量を可変に調整することのできる照射光学系と、
被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
膜厚測定手段の出力に応答し、光源の発振出力または照射光学系の光量を調整することによって、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する制御手段とを含むことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記膜厚測定手段は、
エリプソメータであることを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係が予めストアされる記憶手段を備え、
前記膜厚測定手段の測定出力と記憶手段にストアされる前記関係とに基づいて、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御することを特徴とする請求項１または２記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
基板上に形成された被照射膜に対してレーザ光を照射してアニール加工を施すレーザアニール方法において、
被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定ステップと、
光源からレーザ光を出射するステップと、
測定された被照射膜の膜厚に応じ、予め定められる被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係に基づいて、最適照射エネルギ密度を選択し、選択された最適照射エネルギ密度になるように光源から出射され被照射膜に照射されるレーザ光の照射エネルギ密度を制御する制御ステップとを含むことを特徴とするレーザアニール方法。
【請求項５】
前記膜厚測定ステップにおいて、
被照射膜の膜厚がエリプソメータによって測定されることを特徴とする請求項４記載のレーザアニール方法。
【請求項６】
前記膜厚測定ステップは、
基板毎に実行されることを特徴とする請求項４または５記載の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する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は、コヒーレントな光であり、収束性に優れるので、溶接、切断、表面処理など種々の加工分野において利用されている。レーザ光を利用する加工分野の１つに、たとえば基板上に成膜された非晶質シリコン（アモルファスシリコン；ａ−Ｓｉと表すことがある）膜にレーザ光を照射して加熱し、多結晶Ｓｉ膜を形成するレーザアニーリングがある。このレーザアニーリングは、非晶質Ｓｉ膜にレーザ光を照射し、Ｓｉの加熱溶融と凝固の過程を通じてＳｉ膜を多結晶Ｓｉ膜にするものである。
【０００３】
多結晶Ｓｉ膜は、たとえば液晶表示装置などに使用されている。液晶表示装置は、ガラスや合成石英などからなる基板上に形成した多結晶Ｓｉ膜を利用し、多結晶Ｓｉ膜の上に作製された薄膜トランジスタ（略称ＴＦＴ）のスイッチングにより、画像を表示させている。しかしながら、基板上に成膜されたＳｉ膜が、非晶質状態であると、トランジスタ能動層を構成するにはキャリア移動度が低く、高速性と高性能とが要求される集積回路への利用が困難である。そこで、Ｓｉ膜の結晶性を改善するために、基板上に成膜された非晶質Ｓｉ膜にレーザアニーリング処理を施し、非晶質Ｓｉ膜を溶融／凝固の過程を通じて結晶化することにより多結晶Ｓｉ膜を形成する方法が用いられている。
【０００４】
このようなレーザーアニールによる溶融結晶化法においては、得られる多結晶Ｓｉ膜の結晶性が、非晶質Ｓｉ膜に照射されるレーザ光の照射エネルギ密度に大きく影響を受ける。照射エネルギ密度が低過ぎる場合、充分に結晶成長が進まずに非晶質Ｓｉ部分が残るので、得られる多結晶Ｓｉ膜特性は非常に低くなってしまう。また、逆に照射エネルギ密度が高過ぎる場合、非晶質Ｓｉ膜は微結晶粒と呼ばれる粒径が数〜数十ｎｍの微細結晶の集合体となり、得られる多結晶Ｓｉ膜特性が低下してしまう。したがって、レーザーアニール法によって非晶質Ｓｉ膜を結晶化するに際しては、照射エネルギー密度は微結晶化が起こらない範囲で可能な限り高いレベルに設定されることが望ましい。
【０００５】
そこでレーザアニール法では、微結晶化が起こらない範囲内で照射エネルギー密度を高いレベルに設定して非晶質Ｓｉ膜を溶融結晶化させることが指向されている。しかしながら、基板上に形成された非晶質Ｓｉ膜の膜厚が基板毎に異なるので、同じ照射エネルギー密度で複数の基板上に形成された非晶質Ｓｉ膜をそれぞれレーザアニール処理して多結晶Ｓｉ膜を形成すると、得られる多結晶Ｓｉ膜の特性が基板毎にばらつくという問題がある。
【０００６】
このような問題に対しては、微結晶化のしきい値となる照射エネルギ密度を、オペレータによる非晶質Ｓｉ膜上の予備照射部の目視判断や、ラマン分光測定により得られるラマンスペクトルの半値幅解析に基づく結晶性判断によって、選定するという方法がとられていた。しかしながら、目視判断はオペレータの経験や勘に依存する部分が大きく客観性に乏しいので、オペレータが異なれば選定値が異なるばかりでなく、同じオペレータであっても体調等によって日毎に選定値が異なるなど、判断基準の安定性に欠ける。また、半値幅解析はデータ処理および解析に長時間を必要とするので、まさに処理中の基板に対するレーザアニール処理条件へのリアルタイムフィードバックには不向きであり、レーザアニール処理後の結晶性確認に用いられるに過ぎなかった。
【０００７】
このような問題を解決する従来技術の一つに、各基板毎に、成膜工程前に半導体膜にエネルギ光を照射して予備照射部を形成し、半導体膜からの光に基づいて、微結晶化のしきい値を超えないように、該当する基板毎の最適照射エネルギー密度を決定する方法が提案されている（特許文献１参照）。またもう一つの従来技術では、基板上の被アニール膜の膜厚を測定し、その膜厚に応じて基板毎に被アニール膜に照射されるレーザ光の照射エネルギが適正になるように制御する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１１４１７４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８４４３３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１および特許文献２に開示される従来技術には、以下のような問題がある。半導体デバイスの生産においては、生産効率向上の要請に応えて、半導体薄膜の形成される基板の大型化が進められているので、レーザアニールによって多結晶化処理される非晶質Ｓｉ膜の形成される基板も大型化され、１枚の基板において非晶質Ｓｉ膜に生じる膜厚のばらつきも無視し得ないものとなっている。したがって、非晶質Ｓｉ膜のレーザアニール処理においては、基板毎の厚みのばらつきに起因する結晶化特性のばらつきを抑制するにとどまらず、１枚の基板内における厚みのばらつきに起因する結晶化特性のばらつきを抑制することが強く求められている。
【００１０】
前述の特許文献１および特許文献２に開示される従来技術は、基板毎に予備照射部を形成しまた基板毎に膜厚を測定して、基板毎に適正な照射エネルギを決定するに過ぎないものであり、大型基板内に発生する基板内の膜厚変動に対応して最適照射エネルギ密度を決定することができないので、１枚の基板内での膜厚分布に起因するレーザアニール後の多結晶Ｓｉ膜特性のばらつきを低減することに対しては、全く対応できないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、１枚の基板内での膜厚分布に起因するレーザアニール後の多結晶Ｓｉ膜特性のばらつきを低減することができ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である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に形成された被照射膜に対してレーザ光を照射してアニール加工を施すレーザアニール装置において、
レーザ光を出射する光源と、
光源から出射されるレーザ光を被照射膜へ導くとともにレーザ光の光量を可変に調整することのできる照射光学系と、
被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
膜厚測定手段の出力に応答し、光源の発振出力または照射光学系の光量を調整することによって、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する制御手段とを含むことを特徴とするレーザアニール装置である。
【００１３】
また本発明は、前記膜厚測定手段は、エリプソメータであることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、レーザアニール装置は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されるレーザ光を被照射膜へ導くとともにレーザ光の光量を可変に調整することのできる照射光学系と、被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定手段、好ましくはエリプソメータと、膜厚測定手段の出力に応答し、光源の出力または照射光学系の光量を調整することによって、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する制御手段とを含んで構成される。このように構成されるレーザアニール装置では、被照射膜であるたとえば非晶質Ｓｉ膜が形成された基板上の複数の区分領域毎に、非晶質Ｓｉ膜の膜厚を測定し、測定された膜厚に応じて照射エネルギ密度を制御することができるので、１枚の基板内においてレーザアニール後に形成される多結晶Ｓｉ膜特性のばらつき低減を実現することができる。
【００１５】
また本発明は、前記制御手段は、
被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係が予めストアされる記憶手段を備え、
前記膜厚測定手段の測定出力と記憶手段にストアされる前記関係とに基づいて、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、制御手段は、記憶手段を備え、記憶手段に予めストアされた被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係を読出し、膜厚測定手段の測定出力と記憶手段にストアされる前記関係とに基づいて、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する。このことによって、被照射膜であるたとえば非晶質Ｓｉ膜の区分領域毎に、該区分領域の膜厚に最適な、微結晶化のしきい値を超えない範囲で選定される大きな照射エネルギ密度によってアニール処理することができるので、アニール処理で形成される多結晶Ｓｉ膜は、高い結晶性を有し、１枚の基板内での結晶特性にばらつきを生じることがない。したがって、このようにして形成される多結晶Ｓｉ膜を用いてＴＦＴ素子を製造するとき、１枚の基板内における採取位置に関らず、また採取される基板に関らず、ばらつきのない高い電気特性を有するＴＦＴ素子を得ることが可能になる。
【００１７】
また本発明は、基板上に形成された被照射膜に対してレーザ光を照射してアニール加工を施すレーザアニール方法において、
被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定ステップと、
光源からレーザ光を出射するステップと、
測定された被照射膜の膜厚に応じ、予め定められる被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係に基づいて、最適照射エネルギ密度を選択し、選択された最適照射エネルギ密度になるように光源から出射され被照射膜に照射されるレーザ光の照射エネルギ密度を制御する制御ステップとを含むことを特徴とするレーザアニール方法である。
【００１８】
また本発明は、前記膜厚測定ステップにおいて、被照射膜の膜厚がエリプソメータによって測定されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、レーザアニール方法は、被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定、好ましくはエリプソメータによって測定する膜厚測定ステップと、光源からレーザ光を出射するステップと、測定された被照射膜の膜厚に応じ、予め定められる被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係に基づいて、最適照射エネルギ密度を選択し、選択された最適照射エネルギ密度になるように光源から出射され被照射膜に照射されるレーザ光の照射エネルギ密度を制御する制御ステップとを含む。このようなレーザアニール方法では、被照射膜であるたとえば非晶質Ｓｉ膜が形成された基板上の複数の区分領域毎に、非晶質Ｓｉ膜の膜厚を測定し、測定された膜厚に応じて最適な照射エネルギ密度、すなわち微結晶化のしきい値を超えない範囲で選定される大きな照射エネルギ密度によってアニール処理することができるので、高い結晶性を有し、１枚の基板内での結晶特性にばらつきのない多結晶Ｓｉ膜を作製することができる。
【００２０】
また本発明は、前記膜厚測定ステップは、基板毎に実行されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、膜厚測定ステップは基板毎に実行されるので、１枚の基板内ばかりでなく、異なる基板同志においても結晶特性のばらつきがない多結晶Ｓｉ膜を作製することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態であるレーザアニール装置１の構成を簡略化して示す系統図である。レーザアニール装置１は、レーザ光を出射する光源２と、光源２から出射されるレーザ光を被照射膜へ導くとともにレーザ光の光量を可変に調整することのできる照射光学系３と、被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定手段４と、膜厚測定手段３の出力に応答し、光源２の発振出力または照射光学系３の光量を調整することによって、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する制御手段５とを含む。
【００２３】
本実施の形態のレーザアニール装置１は、たとえばガラス製の基板６の上に形成された被照射膜である非晶質Ｓｉ膜７に対して、レーザ光を照射してアニール処理を施すことに用いられる。非晶質Ｓｉ膜７の形成された基板６は、少なくとも２軸方向に移動可能なＸ−Ｙテーブル８上に載置される。Ｘ−Ｙテーブル８には、図示を省略する駆動手段と、駆動手段の動作を制御してテーブル上の基板６を所望の位置に移動させることのできる駆動手段の制御部とが備えられる。非晶質Ｓｉ膜７の形成された基板６およびＸ−Ｙテーブル８は、加工容器である処理チャンバ９の内部空間１０に収容される。
【００２４】
処理チャンバ９は、たとえば金属製の箱型容器である。処理チャンバ９には、図示を省略する真空ポンプとその配管系および不活性ガスまたは活性ガスの供給源とその配管系が設けられ、真空雰囲気やその他任意のガス雰囲気中で、非晶質Ｓｉ膜のレーザアニール処理が可能なように構成される。
【００２５】
レーザ光を出射する光源２は、本実施の形態では希ガスとハロゲン化物とのエキシマを利用したＸｅＣｌエキシマレーザを発振するレーザ発振器２である。レーザ発振器２は、前記制御手段５からの制御信号によって、その発振出力が可変なように構成される。
【００２６】
照射光学系３は、レーザ発振器２から出射されるレーザ光の光路を曲げて、処理チャンバ９内の非晶質Ｓｉ膜７へ導く光反射部材と、レーザ光の光量を可変に調整する光量調整部材とを含んで構成される。本実施の形態では、レーザ発振器２から出射されるレーザ光の光量を減衰させることによって、光量を可変に調整する方法を採っているので、図１では、照射光学系３を光量調整機能で代表し、減衰器を表すアッテネータと表記している。照射光学系３に備わる光量調整部材（アッテネータ）には、（ａ）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、（ｂ）ハーフミラーを光路に挿入し、このハーフミラーとレーザ光のビームとの角度を変えるもの、（ｃ）偏光板を光路に挿入し、その偏光軸の方向を変えるものなどのうち、いずれを用いてもよい。
【００２７】
膜厚測定手段４は、エリプソメータである。エリプソメータは、白色光源と検出器とを備え、白色光から分光された光を非晶質Ｓｉ膜７に照射し、非晶質Ｓｉ膜７から反射される光を反射角度毎に検出し、非晶質Ｓｉ膜７の膜厚を測定する。
【００２８】
制御手段５は、中央処理装置（略称ＣＰＵ）を備える処理回路であり、たとえばマイクロコンピュータなどによって実現される。また制御手段５は、記憶手段であるメモリ１１を備える。メモリ１１には、たとえばＲＯＭまたはＲＡＭなどの公知のものを用いることができる。
【００２９】
メモリ１１には、非晶質Ｓｉ膜の膜厚と、非晶質Ｓｉ膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係が予めストアされる。図２は、非晶質Ｓｉ膜の膜厚と非晶質Ｓｉ膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係を例示する図である。本実施の形態では、図２に示すように横軸に非晶質Ｓｉ膜の膜厚をとり、縦軸に最適照射エネルギ密度をとるマップとして、前記関係が与えられる。
【００３０】
図２のようなマップは、以下のようにして求めることができる。基板上に厚みが種々に異なる非晶質Ｓｉ膜を形成し、厚みが種々に異なる非晶質Ｓｉ膜に照射エネルギ密度値が種々に異なるレーザ光を照射して、種々の厚みと種々の照射エネルギ密度値との組合せからなる多結晶化Ｓｉ膜の試料を作製する。作製された多結晶化Ｓｉ膜の試料を、顕微鏡観察および／またはラマン分光測定して結晶化状態を判別し、各膜厚毎に、微結晶化するしきい値直下のエネルギ密度値を、多結晶化の最適照射エネルギ密度として選定することによってマップが得られる。図２のマップでは、図２中の縦棒（エラーバー）１２によって示される範囲が最適照射エネルギ密度である。
【００３１】
非晶質Ｓｉ膜の膜厚と、非晶質Ｓｉ膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係は、図２に示すようなマップに限定されることなく、非晶質Ｓｉ膜の膜厚に対する最適照射エネルギ密度値が、テーブルデータとして与えられてもよい。
【００３２】
制御手段５は、膜厚測定手段４による非晶質Ｓｉ膜の膜厚の測定出力を得たとき、メモリ１１にストアされる前記関係を読出し、測定された非晶質Ｓｉ膜７の膜厚に対応する最適照射エネルギ密度を前記関係から選択決定し、非晶質Ｓｉ膜７に照射されるレーザ光のエネルギ密度が、選択決定した最適照射エネルギ密度になるように、レーザ発振器２の発振出力または照射光学系３の光量調整部材による光量を制御する。
【００３３】
以下本発明の実施の態様であるレーザアニール装置１０を用いる非晶質Ｓｉ膜のレーザアニール方法について説明する。
【００３４】
まず非晶質Ｓｉ膜７を、その平面上において、基板６の寸法に応じて予め定められる複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を、膜厚測定手段４であるエリプソメータによって測定する。図３は、非晶質Ｓｉ膜７の区分領域の状態を示す図である。本実施の形態では、非晶質Ｓｉ膜７の平面を２行７列からなる１４個の領域（Ａ〜Ｏ）に区分している。なお区分領域の数は、１４個に限定されるものではなく、その他の数であってもよい。区分領域の数は、レーザアニール装置および膜厚測定手段の分解能に基づいて上限が定められるものであり、多結晶Ｓｉ膜特性の均一性の観点からは、処理時間が許される範囲で大きい区分数を設けることが好ましい。
【００３５】
以下膜厚測定手段４であるエリプソメータによる膜厚測定について説明する。まず前述の区分領域Ａ〜Ｏの２次元平面座標値を、たとえば領域Ａの隣接領域を有さない角部を基準位置１３として、制御手段５のメモリ１１にストアする。このとき、各区分領域Ａ〜Ｏ内における膜厚測定位置も、区分領域毎に複数の測定点を同一座標系において予め定め、メモリ１１にストアする。１つの区分領域において定められる測定点の数は、特に限定されることはなく、制御手段５の処理能力と膜厚測定精度の要求に応じて適宜選択される。
【００３６】
次いで、制御手段５は、メモリ１１から各区分領域の測定点座標値を読出し、Ｘ−Ｙテーブル８の制御部に対して、駆動動作制御信号として出力する。同時に制御手段５は、エリプソメータ４に対して膜厚測定動作制御信号を出力し、前述の予め定める測定点がＸ−Ｙテーブル８の移動によって所定位置に達したとき、制御手段５からの出力に応答してエリプソメータ４が、非晶質Ｓｉ膜７の膜厚を測定する。膜厚測定結果は、エリプソメータ４から制御手段５に与えられる。制御手段５では、１つの区分領域で得られた複数点の膜厚測定データを算術平均し、その平均値を、各区分領域の膜厚測定結果としてメモリ１１にストアする。
【００３７】
さらに制御手段５は、各区分領域の膜厚測定結果をメモリ１１から読出し、各区分領域の膜厚測定値に対応する最適照射エネルギ密度を、メモリ１１から読出した非晶質Ｓｉ膜厚と最適照射エネルギ密度との関係を与えるマップから求め、求めた値を各区分領域の最適照射エネルギ密度としてメモリ１１にストアする。
【００３８】
このようにして、各区分領域の膜厚が測定され、各区分領域の最適エネルギ密度が選択された後、制御手段５がＸ−Ｙテーブル８に駆動動作制御信号を出力し、この出力の応答してＸ−Ｙテーブル８が動作して、非晶質Ｓｉ膜７のレーザアニール処理開始位置であるたとえば基準位置１３をレーザ光照射位置へ移動させる。
【００３９】
次いで、光源２からはレーザ光が出射され、照射光学系３は、レーザ光を非晶質Ｓｉ膜７の表面へと導く。このとき、制御手段５は、Ｘ−Ｙテーブル８の駆動動作と、最適エネルギ密度の選択結果とを連携させ、区分領域毎に選択された最適照射エネルギ密度になるように、光源２から出射されて非晶質Ｓｉ膜７の当該区分領域に照射されるレーザ光の照射エネルギ密度を制御する。本実施の形態では、照射エネルギ密度の制御は、前記非晶質Ｓｉ膜厚と最適照射エネルギ密度との関係に基づいて、照射光学系３の光量調整部材であるアッテネータの開度を、最適照射エネルギ密度になるように調整することによって行なわれる。なおアッテネータの開度と、照射エネルギ密度との関係は、予め計測され、その計測結果がメモリ１１にストアされているので、非晶質Ｓｉ膜厚に応じた最適照射エネルギ密度が選択されたとき、さらに選択された最適照射エネルギ密度に対応するアッテネータの開度が選択され、該選択結果に従い制御手段５によってアッテネータの動作制御が実行される。
【００４０】
またレーザアニールされる各区分領域に対する照射位置の移動は、Ｘ−Ｙテーブル８の移動によって行なわれ、この移動は、Ｘ−Ｙテーブル８の制御部に、各区分領域の座標データと、レーザアニール処理の順序すなわち移動順序とを、制御手段５から与えることによって実現される。
【００４１】
前述のレーザアニール方法における非晶質Ｓｉ膜の膜厚測定は、レーザアニールされるべき非晶質Ｓｉ膜の形成された基板が交換される毎に実行される。したがって、１枚の基板内における多結晶Ｓｉ膜の結晶特性が均一化されるにとどまらず、異なる基板同志においても多結晶Ｓｉ膜の結晶特性を均一化することが可能になる。
【００４２】
以上に述べたように、本実施の形態では、被照射膜は、非晶質Ｓｉ膜であるけれども、これに限定されることなく、半導体Ｓｉウエハ等の上に形成されたポリＳｉ膜などであってもよい。また光源は、ＸｅＣｌエキシマレーザであるけれども、これに限定されることなく、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザその他のエキシマレーザであってもよい。またアニールされる非晶質Ｓｉ膜の移動は、基板の載置されるＸ−Ｙテーブルを移動させることによって行なわれる構成であるけれども、これに限定されることなく、照射光学系を駆動させてレーザ光のビームを被照射膜上で走査させる構成であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に従えば、レーザアニール装置は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されるレーザ光を被照射膜へ導くとともにレーザ光の光量を可変に調整することのできる照射光学系と、被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定する膜厚測定手段、好ましくはエリプソメータと、膜厚測定手段の出力に応答し、光源の出力または照射光学系の光量を調整することによって、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する制御手段とを含んで構成される。このように構成されるレーザアニール装置では、被照射膜であるたとえば非晶質Ｓｉ膜が形成された基板上の複数の区分領域毎に、非晶質Ｓｉ膜の膜厚を測定し、測定された膜厚に応じて照射エネルギ密度を制御することができるので、１枚の基板内においてレーザアニール後に形成される多結晶Ｓｉ膜特性のばらつき低減を実現することができる。
【００４４】
また本発明によれば、制御手段は、記憶手段を備え、記憶手段に予めストアされた被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係を読出し、膜厚測定手段の測定出力と記憶手段にストアされる前記関係とに基づいて、レーザ光の被照射膜に対する照射エネルギ密度を制御する。このことによって、被照射膜であるたとえば非晶質Ｓｉ膜の区分領域毎に、該区分領域の膜厚に最適な、微結晶化のしきい値を超えない範囲で選定される大きな照射エネルギ密度によってアニール処理することができるので、アニール処理で形成される多結晶Ｓｉ膜は、高い結晶性を有し、１枚の基板内での結晶特性にばらつきを生じることがない。したがって、このようにして形成される多結晶Ｓｉ膜を用いてＴＦＴ素子を製造するとき、１枚の基板内における採取位置に関らず、また採取される基板に関らず、ばらつきのない高い電気特性を有するＴＦＴ素子を得ることが可能になる。
【００４５】
また本発明によれば、レーザアニール方法は、被照射膜をその平面上において複数の領域に区分し、区分された領域毎の膜厚を測定、好ましくはエリプソメータによって測定する膜厚測定ステップと、光源からレーザ光を出射するステップと、測定された被照射膜の膜厚に応じ、予め定められる被照射膜の膜厚と被照射膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係に基づいて、最適照射エネルギ密度を選択し、選択された最適照射エネルギ密度になるように光源から出射され被照射膜に照射されるレーザ光の照射エネルギ密度を制御する制御ステップとを含む。このようなレーザアニール方法では、被照射膜であるたとえば非晶質Ｓｉ膜が形成された基板上の複数の区分領域毎に、非晶質Ｓｉ膜の膜厚を測定し、測定された膜厚に応じて最適な照射エネルギ密度、すなわち微結晶化のしきい値を超えない範囲で選定される大きな照射エネルギ密度によってアニール処理することができるので、高い結晶性を有し、１枚の基板内での結晶特性にばらつきのない多結晶Ｓｉ膜を作製することができる。
【００４６】
また本発明によれば、膜厚測定ステップは基板毎に実行されるので、１枚の基板内ばかりでなく、異なる基板同志においても結晶特性のばらつきがない多結晶Ｓｉ膜を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるレーザアニール装置１の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】非晶質Ｓｉ膜の膜厚と非晶質Ｓｉ膜をアニールするための最適照射エネルギ密度との関係を例示する図である。
【図３】非晶質Ｓｉ膜７の区分領域の状態を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザアニール装置
２  光源
３  照射光学系
４  膜厚測定手段
５  制御手段
６  基板
７  非晶質Ｓｉ膜
８  Ｘ−Ｙテーブル
９  処理チャンバ
１０  内部空間
１１  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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