JP7710326B2 - レーザ照射装置、レーザ照射方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ照射装置、レーザ照射方法、及びプログラムに関する。

多結晶シリコン薄膜を形成するためのレーザアニール装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のレーザアニール装置は、レーザ光パルスの波形を整形する波形整形装置を含み、当該波形整形装置によってライン状に成形されたレーザ光がアモルファスシリコン膜に照射されることにより、多結晶シリコン薄膜が形成される。

特開２０１２－１５５４５号公報

しかしながら、特許文献１のレーザアニール装置は、多結晶シリコン薄膜の形成工程において、レーザ光のパルス波形が変動した際の対応を行う点について考慮されていない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光のパルス波形が変動した際に効率的に対応することができるレーザ照射装置等を提供することを目的とする。

本態様に係るレーザ照射装置は、レーザ光源を備えるレーザ照射装置であって、前記レーザ光源からのレーザ光が照射される基板の輝度を検出する第１検出部及び第２検出部と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光に関する制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記第１検出部により検出された輝度に基づき、レーザ光のエネルギー密度を特定し、特定したエネルギー密度及び、前記第２検出部により検出された輝度に基づき、基準輝度を特定し、特定したエネルギー密度にて基板にレーザ光を照射した際、前記基準輝度と、前記第２検出部によって検出された輝度とに応じて、レーザ光のエネルギー密度を変更する。

本態様に係るレーザ照射方法は、レーザ光源から出射されるレーザに関する制御を行い、前記レーザ光源からのレーザ光が照射される基板の輝度を検出する第１検出部及び第２検出部と通信可能に接続されるコンピュータに、（Ａ）前記第１検出部により検出された輝度に基づき、レーザ光のエネルギー密度を特定し、（Ｂ）特定したエネルギー密度及び、前記第２検出部により検出された輝度に基づき、基準輝度を特定し、（Ｃ）特定したエネルギー密度にて基板にレーザ光を照射した際、前記基準輝度と、前記第２検出部によって検出された輝度とに応じて、レーザ光のエネルギー密度を変更する処理を実行させる。

本態様に係るプログラムは、レーザ光源から出射されるレーザに関する制御を行い、前記レーザ光源からのレーザ光が照射される基板の輝度を検出する第１検出部及び第２検出部と通信可能に接続されるコンピュータに、（Ａ）前記第１検出部により検出された輝度に基づき、レーザ光のエネルギー密度を特定し、（Ｂ）特定したエネルギー密度及び、前記第２検出部により検出された輝度に基づき、基準輝度を特定し、（Ｃ）特定したエネルギー密度にて基板にレーザ光を照射した際、前記基準輝度と、前記第２検出部によって検出された輝度とに応じて、レーザ光のエネルギー密度を変更する処理を実行させる。

本発明によれば、レーザ光のパルス波形が変動した際に効率的に対応するレーザ照射装置等を提供することができる。

実施形態１に係るレーザアニール装置の構成例を示す図である。 レーザアニール装置に含まれる制御装置の構成例を示す図である。 ＯＥＤセンサーによる輝度の検出結果を示す説明図である。 ムラモニターによる輝度の検出結果を示す説明図である。 制御部による処理手順の一例を示すフローチャートである。 その他の実施形態（半導体装置の製造方法）に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 その他の実施形態（半導体装置の製造方法）に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 その他の実施形態（半導体装置の製造方法）に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 その他の実施形態（半導体装置の製造方法）に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 その他の実施形態（半導体装置の製造方法）に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施形態１に係るレーザアニール装置１の構成例を示す図である。図２は、レーザアニール装置１に含まれる制御装置９の構成例を示す図である。レーザアニール装置１（レーザ照射装置）は、例えば、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly-Silicon)膜を形成するエキシマレーザアニール（ELA:Excimer laser Anneal）装置である。

レーザアニール装置１は、レーザ光を基板８上に形成されたシリコン膜に照射する。これにより、非晶質のシリコン膜（アモルファスシリコン膜:ａ－Ｓｉ膜）を多結晶のシリコン膜（ポリシリコン膜：ｐ－Ｓｉ膜）に変換することができる。基板８は、例えば、ガラス基板などの透明基板である。

本実施形態における図示のとおり、ＸＹＺ三次元直交座標系において、Ｚ方向は、鉛直方向となり、基板８に垂直な方向である。ＸＹ平面は、基板８のシリコン膜が形成された面と平行な平面である。例えば、Ｘ方向は、矩形状の基板８の長手方向となり、Ｙ方向は基板８の短手方向となる。Ｚ軸を中心に０°から９０°に回転可能なΘ軸ステージ７１を使用する場合、Ｘ方向は基板８の短手方向となり、Ｙ方向は基板８の長手方向となりうる。

レーザアニール装置１は、アニール光学系１１、レーザ照射室７、及び制御装置９を備える。レーザ照射室７は、ベース７２と、ベース７２上に配置されたステージ７１とを収容する。レーザアニール装置１において、ステージ７１により基板８を＋Ｘ方向に搬送しながら、シリコン膜にレーザ光が照射される。レーザアニール装置１は、更に、出射されたレーザ光に関する情報を検出する検出部として、バイプラナ光電管６２、ＯＥＤセンサー６３（第１検出部）、及びムラモニター６４（第２検出部）を備える。

アニール光学系１１は、基板８に形成されたアモルファスシリコン膜を結晶化し、ポリシリコン膜に変換するためのレーザ光を生成し、当該アモルファスシリコン膜に照射するための光学系である。アニール光学系１１は、レーザ光源２、アッテネータ３、偏光比制御ユニット４、ビーム整形光学系５、及び落射ミラー６１を含み、ライン状のレーザ光を出射する。

レーザ光源２は、アモルファスシリコン膜（被処理体）に照射するためのレーザ光として、パルスレーザ光を発生させるレーザ発生装置である。発生させるレーザ光は、基板８上の非結晶膜を結晶化して結晶化膜を形成するためのレーザ光であり、例えば、中心波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光等のガスレーザ光である。又はガスレーザ光は、エキシマレーザ光に限定されず、Ｃｏ２レーザなど、その他のガスレーザでもよい。

レーザ光源２には、チャンバ内にキセノン等のガスが封入されると共に、２枚の共振器ミラーがガスを挟んで対向するように配置されている。一方の共振器ミラーは全ての光を反射する全反射ミラーであり、他方の共振器ミラーは一部の光を透過する部分反射ミラーである。ガスによって励起されたガス光が共振器ミラーの間で反射を繰り返し、増幅された光が共振器ミラーからレーザ光として放出される。レーザ光源２は、パルス状のレーザ光を、例えば５００Ｈｚから６００Ｈｚの周期で繰り返し放出する。レーザ光源２は、レーザ光をアッテネータ３に向けて出射する。

アッテネータ３は、入射されたレーザ光を減衰して、所定のエネルギー密度に調整する。これらアッテネータは、特性として、入射されたレーザ光に対し、出射するレーザ光の比率を示す透過率を有し、当該透過率は、制御装置９からの信号に基づき可変となるように構成されている。アッテネータ３は、レーザ光源２からビーム整形光学系５に至る光路の途中に設けられている。アッテネータ３は、レーザ光源２が出射したレーザ光を、透過率に応じて減衰する。

アッテネータ３から出射されるエネルギー密度（Ｅ）は、レーザ光源２から出射されるレーザ光のエネルギー密度（Ｅ０）に、アッテネータ３の透過率（Ｔ）を乗算した値（Ｅ＝Ｅ０×Ｔ）となる。詳細は後述するが、制御装置９は、アッテネータ３から出射されるエネルギー密度が最適エネルギー密度となるように、アッテネータ３の透過率を特定（導出）し変更する。

偏光比制御ユニット４は、アッテネータ３の出射側に配置されている。偏光比制御ユニット４は、例えば１／２波長板（λ／２板）及び偏光ビームスプリッタにて構成され、入射されたレーザ光のＰ偏波とＳ偏波との偏光比を変更する。すなわち、アッテネータ３から出射されたレーザ光の偏光比は、偏光比制御ユニット４によって変更される。偏光比制御ユニット４は、制御装置９から出力された制御信号に基づき、偏光比を変更（可変）するように構成されている。

アッテネータ３の透過率を変更した場合、アッテネータ３から出射されるレーザ光の偏光比は、当該透過率に応じて変更される。これに対し、制御装置９は、変更された透過率に応じて、偏光比制御ユニット４の偏光比を変更することにより、偏光比制御ユニット４から出射されたレーザ光の偏光比が一定となるように制御する。

制御装置９は、偏光比制御ユニット４の偏光比を変更するにあたり、例えばテーブル形式にて制御装置９の記憶部９２に記憶されている情報（偏光比テーブル）を参照し、透過率に応じて偏光比を特定（導出）するものであってもよい。当該偏光比テーブルは、各透過率に対応する偏光比それぞれが定義されている。

ビーム整形光学系５には偏光比制御ユニット４から出射されたレーザ光が入射され、当該ビーム整形光学系５は、入射されたレーザ光を整形して、シリコン膜への照射に適したビーム形状のレーザ光を生成する。ビーム整形光学系５は、Ｙ方向に沿ったライン状のラインビームを生成する。

ビーム整形光学系５は、例えば、レンズアレイから構成されるホモジナイザによって、１つのビームを複数のビームに分割（Ｚ方向に並んだ複数のラインビーム）する。複数のビームに分割後、コンデンサーレンズによって合成することでラインビーム状に整形することができる。ビーム整形光学系５は、生成（整形）したライン状のレーザ光を落射ミラー６１に出射する。

落射ミラー６１は、Ｙ方向に延びる矩形状の反射ミラーであり、ビーム整形光学系５が生成した複数のラインビームであるレーザ光を反射する。落射ミラー６１は、例えば、ダイクロイックミラーであり、一部の光を透過する部分反射ミラーである。落射ミラー６１は、ライン状のレーザ光を反射させて反射光を生成すると共に、当該ライン状のレーザ光一部を透過させて透過光を生成する。落射ミラー６１は、反射光であるレーザ光を基板８のシリコン膜に照射し、透過光でレーザ光を、バイプラナ光電管６２等のパルス計測器へ出射する。

バイプラナ光電管６２は、ビーム整形光学系５に隣接して、アニール光学系１１の端部に設けられており、落射ミラー６１を透過した透過光に基づき、レーザ光源２から出射されたレーザ光のパルス波形を検出する。バイプラナ光電管６２は、検出したパルス波形を制御装置９に出力（送信）する。

ＯＥＤセンサー６３（第１検出部）は光センサーを含み、レーザ光源２とは別個の光源（別光源）から出射された光の反射光（基板８にて反射された反射光）を検出して、基板８上の結晶表面に関する情報を取得する。ＯＥＤセンサー６３は、検出した反射光の輝度を、制御装置９に出力（送信）する。

ムラモニター６４（第２検出部）はラインカメラを含み、レーザ光が照射された基板８の注目領域を当該ラインカメラで撮像し、撮像した画像に含まれる当該注目領域の平均輝度を検出して、基板８の表面形状の散乱光に関する情報を取得する。ムラモニター６４は、検出した基板８（注目領域）の平均輝度を制御装置９に出力（送信）する。

本実施形態において、ＯＥＤセンサー６３は第１検出部に相当し、ムラモニター６４は第２検出部に相当するとしたが、第１検出部及び第２検出部は、これらセンサーに限定されるものでなく、計測対象が同じ輝度であっても、測定方法が異なることにより検出する物理量が異なる複数種類のセンサーによるものであってもよい。

制御装置９は、レーザアニール装置１の全体的又は統合的な制御又は管理を行うパソコン又はサーバ装置等の情報処理装置である。制御装置９は、制御部９１、記憶部９２、通信部９３及び入出力Ｉ／Ｆ９４を含み、当該通信部９３又は入出力Ｉ／Ｆ９４を介して、レーザ光源２又はアニール光学系１１における各光学系を制御する制御デバイス（他の制御装置）と通信可能に接続されている。

制御装置９は、レーザアニール装置１に含まれるバイプラナ光電管６２等のパルス計測器、ＯＥＤセンサー６３及びムラモニター６４等の光検出器等の各種計測装置（検出部）と通信可能に接続されており、これら各種計測装置（検出部）から出力された計測データに基づき、レーザ光源２又はアニール光学系１１に対する種々の制御を行う。制御装置９は、通信部９３を介して、例えばインターネット等に接続される外部サーバと通信可能に接続され、当該外部サーバと協働して種々の制御に関する処理を行うものであってもよい。

制御部９１は、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等、計時機能を備えた演算処理装置を有し、記憶部９２に記憶されたプログラムＰ（プログラム製品）を読み出して実行することにより、種々の情報処理及び、レーザ光源２又はアニール光学系１１に含まれる各光学系に対する制御処理等を行う。

記憶部９２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の揮発性記憶領域及び、ＥＥＰＲＯＭ又はハードディスク等の不揮発性記憶領域を含む。記憶部９２には、プログラムＰ（プログラム製品）及び処理時に参照するデータが予め記憶してある。記憶部９２に記憶されたプログラムＰは、制御部９１が読み取り可能な記録媒体９２０から読み出されたプログラムＰ（プログラム製品）を記憶したものであってもよい。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部コンピュータからプログラムＰ（プログラム製品）をダウンロードし、記憶部９２に記憶させたものであってもよい。

通信部９３は、例えばイーサネット（登録商標）の規格に準拠した通信モジュール又は通信インターフェイスであり、当該通信部９３にはイーサネットケーブルが接続される。通信部９３は、当該イーサネットケーブル等の有線である場合に限定されず、例えばWi-Fi（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の狭域無線通信モジュール、又は４Ｇ、５Ｇ等の広域無線通信モジュール等の無線通信に対応した通信インターフェイスであってもよい。

入出力Ｉ／Ｆ９４は、例えばＲＳ２３２Ｃ又はＵＳＢ等の通信規格に準拠した通信インターフェイスである。入出力Ｉ／Ｆ９４には、キーボード等の入力装置、又は液晶ディスプレイ等の表示装置９４１が接続される。

図３は、ＯＥＤセンサー６３による輝度の検出結果を示す説明図である。本実施形態にて図示のとおり、ＯＥＤセンサー６３による輝度の検出結果は、縦軸を輝度（Counts）とし、横軸をエネルギー密度（mJ/cm^2）とするグラフにて示される。ＯＥＤセンサー６３により検出される輝度は、別光源から出射された光の反射光（基板８にて反射された反射光）の輝度を示す。

レーザアニール装置１（レーザ照射装置）は、基板８の加工処理（生産工程）を行う前の準備工程（加工条件出し処理）を行う際、予め定められているエネルギー密度の範囲内にて、複数回、異なるエネルギー密度にて、レーザ光を出射する。当該予め定められているエネルギー密度の範囲は、例えば、３９０から４５０（mJ/cm^2）であり、分解能を５（mJ/cm^2）単位として出射されるレーザ光のエネルギー密度それぞれの輝度（Counts）を、ＯＥＤセンサー６３は検出する。検出された輝度（Counts）の内、最も高い輝度（Counts）となったエネルギー密度が、最適エネルギー密度として特定される。本実施形態においては、最も高い輝度（Counts）、すなわち輝度のピーク値は２００であり、最適エネルギー密度は４３５として特定される。

図４は、ムラモニター６４による輝度の検出結果を示す説明図である。本実施形態にて図示（下表）のとおり、ムラモニター６４による輝度の検出結果は、縦軸を輝度（Intensity）とし、横軸をエネルギー密度（mJ/cm^2）とするグラフにて示される。ムラモニター６４による検出される輝度は、ラインカメラで撮像された画像に含まれる基板８（注目領域）の平均輝度を示す。すなわち、ムラモニター６４にて検出された輝度と、ＯＥＤセンサー６３にて検出された輝度とは、異なる物理量を示すものとなる。

ムラモニター６４も、ＯＥＤセンサー６３と同様に準備工程（加工条件出し処理）を行う際、予め定められているエネルギー密度の範囲内にて、出射されるレーザ光のエネルギー密度それぞれの輝度（Intensity）を検出する。当該予め定められているエネルギー密度の範囲内にて出射されるレーザ光のエネルギー密度は、本実施形態にて図示（上表）のとおり、パルス波形のファーストピーク強度として示され段階的に増加する。

ムラモニター６４による検出結果を基づき、特定した最適エネルギー密度に対応する輝度（Intensity）が、基準輝度として特定される。例えば、最適エネルギー密度が４３５である場合、ムラモニター６４による検出結果において対応する輝度（Intensity）は１４８であり、当該対応する輝度（Intensity）が基準輝度となる。

このように準備工程（加工条件出し処理）にて、エネルギー密度を段階的に変化させ、異なるエネルギー密度により複数回のレーザ光を照射し、各エネルギー密度での基盤（被照射体）の輝度を、ＯＥＤセンサー６３及びムラモニター６４から成る異なるセンサ（基板測定器）により検出する。ＯＥＤセンサー６３及びムラモニター６４による検出結果は、エネルギー密度と輝度（Counts、Intensity）とを関連付けて、例えばグラフ形式又はテーブル形式にて、制御装置９の記憶部９２に記憶される。

図５は、制御部９１による処理手順の一例を示すフローチャートである。レーザアニール装置１に含まれる制御装置９の制御部９１は、例えば入出力Ｉ／Ｆ９４に接続されるキーボード等による操作者の操作を受付け、当該受け付けた操作に基づき、以下の処理を行う。

制御装置９の制御部９１は、条件出しのためのレーザ光の照射を開始する（Ｓ１０１）。制御装置９の制御部９１は、基板８の加工処理（生産工程）を行う前の準備工程（加工条件出し処理）を行うにあたり、予め定められているエネルギー密度の範囲にて段階的に異なるエネルギー密度により、複数回のレーザ光を照射すること開始する。

制御装置９の制御部９１は、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度を取得する（Ｓ１０２）。制御装置９の制御部９１は、段階的に異なるエネルギー密度にて出射したレーザ光それぞれに対し、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度（Counts）を取得し、エネルギー密度と輝度（Counts）とを関連付けて、例えばグラフ形式又はテーブル形式にて、制御装置９の記憶部９２に記憶する。

制御装置９の制御部９１は、ムラモニター６４が検出した輝度を取得する（Ｓ１０３）。制御装置９の制御部９１は、段階的に異なるエネルギー密度にて出射したレーザ光それぞれに対し、ムラモニター６４が検出した輝度（Intensity）を取得し、エネルギー密度と輝度（Intensity）とを関連付けて、例えばグラフ形式又はテーブル形式にて、制御装置９の記憶部９２に記憶する。

制御装置９の制御部９１は、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度に基づき、最適エネルギー密度を特定する（Ｓ１０４）。制御装置９の制御部９１は、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度の内、最も高い輝度（Counts）となったエネルギー密度を、最適エネルギー密度として特定する。制御装置９の制御部９１は、特定した最適エネルギー密度を記憶部９２に記憶する。

制御装置９の制御部９１は、ムラモニター６４が検出した輝度及び、最適エネルギー密度に基づき、基準輝度を特定する（Ｓ１０５）。制御装置９の制御部９１は、ムラモニターによる検出結果を基づき、最適エネルギー密度に対応する輝度（Intensity）を、ムラモニター６４用の基準輝度（ムラモニター６４用基準輝度）として特定する。制御装置９の制御部９１は、特定した基準輝度（ムラモニター６４用基準輝度）を記憶部９２に記憶する。

制御装置９の制御部９１は、特定した最適エネルギー密度にて、基板８を加工するためのレーザ光の照射を開始する（Ｓ１０６）。制御装置９の制御部９１は、特定した最適エネルギー密度となるようにアッテネータ３の透過率を導出し、導出した透過率に基づき生成した制御信号を、アッテネータ３に出力する。アッテネータ３は、制御装置９から出力（送信）された制御信号を取得（受信）し、取得した制御信号に応じて、透過率を変更することにより、最適エネルギー密度によるレーザ光の照射が行われる。当該最適エネルギー密度によるレーザ光の照射されることにより、基板８の加工処理（生産工程）が開始される。

制御装置９の制御部９１は、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度を取得する（Ｓ１０７）。制御装置９の制御部９１は、特定した最適エネルギー密度にてレーザ光が照射された以降も、基板８の輝度（別光源による反射光の輝度）をＯＥＤセンサー６３から継続的に取得する。

制御装置９の制御部９１は、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度が基準輝度と同一であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。制御装置９の制御部９１は、Ｓ１０４の処理にて最適エネルギー密度を特定するにあたり用いた輝度、すなわちＯＥＤセンサー６３が検出した輝度の内、最も高い輝度（Counts）をＯＥＤセンサー６３用の基準輝度（ＯＥＤセンサー６３用基準輝度）として、記憶部９２に保存してある。

制御装置９の制御部９１は、Ｓ１０７にて取得したＯＥＤセンサー６３が検出した輝度と、Ｓ１０４の処理にて用いたＯＥＤセンサー６３用の基準輝度（ＯＥＤセンサー６３用基準輝度）とを比較し、これらが同一の値であるか否を判定する。当該同一であるとは、これら値が完全同一である場合に限定されず、誤差の範囲による差異、又は基板８の加工精度にて許容される差異があっても、同一とするものであってもよい。すなわち、本処理における同一とは、完全同一のみならず、誤差の範囲による差異、及び基板８の加工精度にて許容される差異を含むことを意味する。

同一である場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、制御装置９の制御部９１は、再度Ｓ１０７の処理を実行すべくループ処理を行う。

同一でない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、制御装置９の制御部９１は、ムラモニター６４が検出した輝度を取得する（Ｓ１０９）。制御装置９の制御部９１は、特定した最適エネルギー密度にてレーザ光が照射される基板８の輝度（注目領域の平均輝度）を、ムラモニター６４から継続的に取得する。

制御装置９の制御部９１は、ムラモニター６４が検出した輝度が基準輝度と同一であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。制御装置９の制御部９１は、Ｓ１０９処理にて取得した輝度（ムラモニター６４が検出した輝度）と、Ｓ１０５で特定した基準輝度（ムラモニター６４用基準輝度）とを比較し、これらが同一の値であるか否を判定する。当該同一であるとは、これら値が完全同一である場合に限定されず、誤差の範囲による差異、又は基板８の加工精度にて許容される差異があっても、同一とするものであってもよい。すなわち、本処理における同一とは、完全同一のみならず、誤差の範囲による差異、及び基板８の加工精度にて許容される差異を含むことを意味する。

同一である場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御装置９の制御部９１は、再度Ｓ１０９の処理を実行すべくループ処理を行う。Ｓ１０９処理にて取得した輝度（ムラモニター６４が検出した輝度）と、Ｓ１０５で特定した基準輝度とが同一である場合、制御装置９の制御部９１は、最適エネルギー密度の変動（シフト）が発生していないと判断し、現時点におけるエネルギー密度を維持して、レーザ光の照射を継続する。

同一でない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、制御装置９の制御部９１は、ムラモニター６４が検出した輝度が基準輝度よりも高いか否かを判定する（Ｓ１１１）。Ｓ１０９処理にて取得した輝度（ムラモニター６４が検出した輝度）と、Ｓ１０５で特定した基準輝度とが同一でない場合、制御装置９の制御部９１は、最適エネルギー密度の変動（シフト）が発生したと判断し、ムラモニター６４が検出した輝度が基準輝度よりも高いか否かを判定する。

基準輝度よりも高い場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、制御装置９の制御部９１は、基板８に照射するレーザ光のエネルギー密度を増加させる（Ｓ１１２）。基板８の加工処理（生産工程）の実施中、ムラモニター６４が検出した輝度が基準輝度よりも高い場合、制御装置９の制御部９１は、基板８に照射するレーザ光のエネルギー密度を増加させる。

制御装置９の制御部９１は、例えば、ムラモニター６４が検出した輝度に対する基準輝度との差異又は比率に基づき、現時点におけるアッテネータ３の透過率よりも高い透過率を導出し、導出した透過率に基づき生成した制御信号を、アッテネータ３に出力する。アッテネータ３は、制御装置９から出力（送信）された制御信号を取得（受信）し、取得した制御信号に応じて、透過率を変更（増加）することにより、基板８に照射するレーザ光のエネルギー密度は増加される。

基準輝度よりも高くない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、すなわち基準輝度よりも低い場合、制御装置９の制御部９１は、基板８に照射するレーザ光のエネルギー密度を減少させる（Ｓ１１１１）。基板８の加工処理（生産工程）の実施中、ムラモニター６４が検出した輝度が基準輝度よりも低い場合、制御装置９の制御部９１は、基板８に照射するレーザ光のエネルギー密度を減少させる。

制御装置９の制御部９１は、例えば、ムラモニター６４が検出した輝度に対する基準輝度との差異又は比率に基づき、現時点におけるアッテネータ３の透過率よりも低い透過率を導出し、導出した透過率に基づき生成した制御信号を、アッテネータ３に出力する。アッテネータ３は、制御装置９から出力（送信）された制御信号を取得（受信）し、取得した制御信号に応じて、透過率を変更（減少）することにより、基板８に照射するレーザ光のエネルギー密度は減少される。

制御装置９の制御部９１は、Ｓ１１２又はＳ１１１１の処理の実行後、本フローにおける一連の処理を終了する。又は、制御装置９の制御部９１は、Ｓ１１２又はＳ１１１１の処理の実行後、再度Ｓ１０９からの処理を実行すべくループ処理を行い、ムラモニター６４が検出した輝度等に基づきエネルギー密度を変更し、最適エネルギー密度の変動（シフト）に継続的に対応するものであってもよい。

本実施形態によれば、レーザアニール装置１（レーザ照射装置）は、基板８の加工処理（生産工程）を行う前の準備工程（加工条件出し処理）を行う際、ＯＥＤセンサー６３（第１検出部）及びムラモニター６４（第２検出部）による複数の検出部を用いて、予め定められているエネルギー密度の範囲内にて、複数回、異なるエネルギー密度にてレーザ光を出射する。当該予め定められているエネルギー密度の範囲は、例えば、３９０から４５０（mJ/cm^2）であり分解能を５（mJ/cm^2）単位として、レーザアニール装置１は、出射されるエネルギー密度それぞれの輝度を、異なる検出部を用いて取得する。

レーザアニール装置１は、ＯＥＤセンサー６３（第１検出部）が検出した輝度の内、最も高い輝度となったエネルギー密度を、最適エネルギー密度として特定し、ムラモニター６４（第２検出部）が検出した輝度の内、当該特定したエネルギー密度（最適エネルギー密度）に対応する輝度を、基準輝度を特定する。レーザアニール装置１は、特定したエネルギー密度にて基板８にレーザ光を照射することにより、当該基板８の加工処理（生産工程）を開始する共に、ムラモニター６４（第２検出部）よる基板８の輝度の検出を行い、当該生産工程中に検出した輝度（ムラモニター６４による輝度）と、準備工程にて特定した基準輝度とに応じて、エネルギー密度を変更する。

これにより、基板８の生産工程中（ガスライフ中）に、パルス波形が変わることにより、最適エネルギー密度が変動した場合であっても、基板８に照射するエネルギー密度を動的に変更することにより、当該最適エネルギー密度の変動（シフト）に効率的に対応することができる。レーザアニール装置１は、アッテネータ３の透過率を変更することにより、レーザ光のエネルギー密度を変更するため、最適エネルギー密度の変動に効率的に対応することができる。

レーザ光のパルス波形（偏光を含む）が変わることにより、変化する最適エネルギー密度（ＥＤ）は、パルス波形のファーストピーク依存性が強いが、パルス波形モニター（バイプラナ光電管６２）の検出結果は、必ずしも正しい波形ではないこともあり得る。すなわち、ミラー（落射ミラー６１）から透過するパルス波形はＰ偏光の光のみで計測しているため、実際に基板８に照射されるプロセス光（Ｐ偏光及びＳ偏光）とは異なるものとなる。そこで、追加で２つの基板センサー（検知部）となるＯＥＤセンサー６３及びムラモニター６４を用いることにより、これら２つの検知部で検知したそれぞれの２つの検出値（特徴量）と、更にパルス波形データから総合的に判断しエネルギー密度（ＥＤ）を変更することができる。

本実施形態によれば、レーザアニール装置１は、基板８の生産工程中（ガスライフ中）に、ムラモニター６４（第２検出部）によって検出された輝度が、基準輝度よりも高い場合は基板８に照射されるレーザ光のエネルギー密度を増加させ、基準輝度よりも低い場合は基板８に照射されるレーザ光のエネルギー密度を減少させる。これにより、最適エネルギー密度の変動方向（正側又は負側へのシフト）に応じた対応を的確に行うことができる。

最適エネルギー密度はＯＥＤセンサー６３（第１検出部）によって検出された輝度のピーク値を用いるため、ＯＥＤセンサー６３が検出した輝度のみでは、最適エネルギー密度の変動方向が正側にシフトしたか、又は負側にシフトしたかの判断は、困難となる。これに対し、ＯＥＤセンサー６３（第１検出部）及びムラモニター６４（第２検出部）から成る異なる種類のセンサーを併用することにより、最適エネルギー密度の変動方向を判断することができる。

（その他の実施形態）
図６、図７、図８、図９及び図１０は、その他の実施形態（半導体装置の製造方法）に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。その他の実施の形態として、上記実施の形態に係るレーザアニール装置１を用いた半導体装置の製造方法について説明する。以下の半導体装置の製造方法のうち、非晶質の半導体膜を結晶化させる工程において、実施の形態１から４に係るレーザアニール装置１を用いたアニール処理を実施している。

半導体装置は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を備える半導体装置であり、この場合は、アモルファスシリコン膜８４にレーザ光を照射して結晶化し、ポリシリコン膜８５を形成することができる。ポリシリコン膜８５は、ＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を有する半導体層として用いられる。

上記で説明した実施の形態に係るレーザアニール装置１は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。以下、ＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図６に示すように、ガラス基板８１（基板８）の上に、ゲート電極８２を形成する。ゲート電極８２は、例えば、アルミニウムなどを含む金属薄膜を用いることができる。次に、図７に示すように、ゲート電極８２の上に、ゲート絶縁膜８３を形成する。ゲート絶縁膜８３は、ゲート電極８２を覆うように形成される。その後、図８に示すように、ゲート絶縁膜８３の上に、アモルファスシリコン膜８４を形成する。アモルファスシリコン膜８４は、ゲート絶縁膜８３を介して、ゲート電極８２と重複するように配置されている。

ゲート絶縁膜８３は、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、又はこれらの積層膜等などである。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ゲート絶縁膜８３とアモルファスシリコン膜８４とを連続成膜する。アモルファスシリコン膜８４付のガラス基板８１がレーザアニール装置１（レーザ照射装置）における半導体膜となる。

そして、図９に示すように、上記で説明したレーザアニール装置１を用いてアモルファスシリコン膜８４にレーザ光Ｌ３を照射してアモルファスシリコン膜８４を結晶化させて、ポリシリコン膜８５を形成する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜８５がゲート絶縁膜８３上に形成される。この工程を行うにあたり、ＯＥＤセンサー６３及びムラモニター６４からなる複数の異なる種類の基板測定器（検出部）からの検出結果に基づき、実施形態１にて開示されている所定の処理を行うことで、最適エネルギー密度の変動に応じて、基板８に照射するエネルギー密度を変更し、加工品質を向上させることができる。

その後、図１０に示すように、ポリシリコン膜８５の上に層間絶縁膜８６、ソース電極８７ａ、及びドレイン電極８７ｂを形成する。層間絶縁膜８６、ソース電極８７ａ、及びドレイン電極８７ｂは、一般的なフォトリソグラフィー法や成膜法を用いて形成することができる。これ以降の製造工程については、最終的に製造するデバイスによって異なるので説明を省略する。

上記で説明した半導体装置の製造方法を用いることで、多結晶半導体膜を含むＴＦＴを備える半導体装置を製造することができる。このような半導体装置は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの高精細ディスプレイの制御用に好適である。上記のようにポリシリコン膜８５のムラを抑制することで、表示特性の優れた表示用装置を高い生産性で製造することができる。

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、において、アモルファスシリコン膜８４にレーザ光を照射してポリシリコン膜８５を形成する例に限らず、アモルファスシリコン膜８４にレーザ光を照射してマイクロクリスタルシリコン膜を形成してもよい。また、シリコン膜以外の非晶質膜にレーザ光を照射して、結晶化膜を形成してもよい。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１ レーザアニール装置（レーザ照射装置）
１１ アニール光学系
２ レーザ光源
３ アッテネータ
４ 偏光比制御ユニット
５ ビーム整形光学系
６１ 落射ミラー
６２ バイプラナ光電管
６３ ＯＥＤセンサー（第１検出部）
６４ ムラモニター（第２検出部）
７ レーザ照射室
７１ ステージ
７２ ベース
８ 基板
９ 制御装置
９１ 制御部
９２ 記憶部
９２０ 記録媒体
Ｐ プログラム（プログラム製品）
９３ 通信部
９４ 入出力Ｉ／Ｆ
９４１ 表示装置
８１ ガラス基板
８２ ゲート電極
８３ ゲート絶縁膜
８４ アモルファスシリコン膜
８５ ポリシリコン膜
８６ 層間絶縁膜
８７ａ ソース電極
８７ｂ ドレイン電極

Claims (6)

1. レーザ光源を備えるレーザ照射装置であって、
   前記レーザ光源からのレーザ光が照射される基板の輝度を検出する第１検出部及び第２検出部と、
   前記レーザ光源から出射されるレーザ光に関する制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記第１検出部により検出された輝度に基づき、レーザ光のエネルギー密度を特定し、
   特定したエネルギー密度及び、前記第２検出部により検出された輝度に基づき、基準輝度を特定し、
   特定したエネルギー密度にて基板にレーザ光を照射した際、前記基準輝度と、前記第２検出部によって検出された輝度とに応じて、レーザ光のエネルギー密度を変更し、
   前記第１検出部と前記第２検出部とは、異なる種類の検出部であり、
   前記第１検出部により検出される輝度は、前記レーザ光源とは異なる別光源から出射された光による前記基板にて反射された反射光の輝度であり、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光の透過率を定めるアッテネータを備え、
   前記制御部は、前記アッテネータの透過率を変更することにより、レーザ光のエネルギー密度を変更して、レーザ光のパルス波形が変わることによる最適エネルギー密度の変動に対応する
   レーザ照射装置。
2. 前記制御部は、前記第１検出部により検出された輝度の内、最も高い輝度となったエネルギー密度を特定する
   請求項１に記載のレーザ照射装置。
3. 前記制御部は、特定したエネルギー密度にて前記基板にレーザ光を照射した際、
   前記第２検出部によって検出された輝度が、前記基準輝度よりも高い場合、前記基板に照射されるレーザ光のエネルギー密度を増加させ、
   前記第２検出部によって検出された輝度が、前記基準輝度よりも低い場合、前記基板に照射されるレーザ光のエネルギー密度を減少させる
   請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置。
4. 前記第１検出部は、前記基板による反射光を検出する光センサーを含み、前記基板上の結晶表面に関する情報を取得し、
   前記第２検出部は、前記基板の表面を撮像するカメラを含み、前記基板の表面形状の散乱光に関する情報を取得し、
   前記基板上の結晶表面に関する情報は、前記レーザ光源とは別個の光源から出射された光の反射光の輝度を含み、
   前記基板の表面形状の散乱光に関する情報は、撮像した画像に含まれる前記基板の平均輝度を含む
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
5. レーザ光源から出射されるレーザに関する制御を行い、前記レーザ光源からのレーザ光が照射される基板の輝度を検出する第１検出部及び第２検出部と通信可能に接続されるコンピュータに、
   （Ａ）前記第１検出部により検出された輝度に基づき、レーザ光のエネルギー密度を特定し、
   （Ｂ）特定したエネルギー密度及び、前記第２検出部により検出された輝度に基づき、基準輝度を特定し、
   （Ｃ）特定したエネルギー密度にて基板にレーザ光を照射した際、前記基準輝度と、前記第２検出部によって検出された輝度とに応じて、レーザ光のエネルギー密度を変更し、
   前記第１検出部と前記第２検出部とは、異なる種類の検出部であり、
   前記第１検出部により検出される輝度は、前記レーザ光源とは異なる別光源から出射された光による前記基板にて反射された反射光の輝度であり、
   前記コンピュータは、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の透過率を定めるアッテネータと通信可能に接続され、
   前記アッテネータの透過率を変更することにより、レーザ光のエネルギー密度を変更して、レーザ光のパルス波形が変わることによる最適エネルギー密度の変動に対応する
   処理を実行させるレーザ照射方法。
6. レーザ光源から出射されるレーザに関する制御を行い、前記レーザ光源からのレーザ光が照射される基板の輝度を検出する第１検出部及び第２検出部と通信可能に接続されるコンピュータに、
   （Ａ）前記第１検出部により検出された輝度に基づき、レーザ光のエネルギー密度を特定し、
   （Ｂ）特定したエネルギー密度及び、前記第２検出部により検出された輝度に基づき、基準輝度を特定し、
   （Ｃ）特定したエネルギー密度にて基板にレーザ光を照射した際、前記基準輝度と、前記第２検出部によって検出された輝度とに応じて、レーザ光のエネルギー密度を変更し、
   前記第１検出部と前記第２検出部とは、異なる種類の検出部であり、
   前記第１検出部により検出される輝度は、前記レーザ光源とは異なる別光源から出射された光による前記基板にて反射された反射光の輝度であり、
   前記コンピュータは、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の透過率を定めるアッテネータと通信可能に接続され、
   前記アッテネータの透過率を変更することにより、レーザ光のエネルギー密度を変更して、レーザ光のパルス波形が変わることによる最適エネルギー密度の変動に対応する
   処理を実行させるプログラム。