JP4247081B2 - レーザアニール装置のレーザビーム強度モニタ方法とレーザアニール装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に成膜した非晶質の半導体膜にレーザを照射して多結晶化するためのレーザアニール装置に使用するレーザビーム強度モニタ方法とそのレーザアニール装置に関する。

レーザアニール装置には、基板上の半導体膜、特に、シリコン膜にレーザビームを照射しながら照射部位を走査して、照射ビーム幅に対応する帯域を結晶化する方法が利用され、所要領域を照射ビームで繰り返して走査を行なって、大きな面域を多結晶化することがなされている。レーザアニールは、照射ビーム幅を大きくすれば、処理面積速度を高くして生産性を上げることができそうであるが、単一のレーザ光学系で均一に調整できるビーム幅には限度がある。そこで、複数のレーザ発振器と対応するレーザ光学系とから複数の組の照射系を配列して、各光学系からの照射ビームを互いに近接するように並べて、同時に、半導体膜面を掃引する方法が利用されている。

従来の複数のレーザビームを用いたレーザアニール装置には、特許文献１に示すように、基板に複数のレーザ発振器からのレーザビームを並列にして照射して走査することにより、一回のパスで通常、単一ビーム幅の複数倍の照射幅を結晶化することができる。このようなレーザアニール法において、照射幅全域に渡って均一で大きな結晶粒径を作るのは比較的困難で、その原因の一つは、複数の照射レーザビームの出力が相互に変動すると、結晶粒径の大きい領域と小さい領域とに分れて形成される。そのためこのような結晶粒の細粒と粗粒との混合領域に渡って形成されたトランジスタ素子は、素子の動作特性が、形成場所によって変動が生じる。そのため、特許文献１は、複数のレーザ発振器から対応するレーザ光学系を経由して複数のレーザビームを照射するが、被照射物表面との間の各レーザビーム光学系には、レーザビームの出力を測定するパワーメータを配置している。パワーメータからの各照射ビーム強度データをモニタし、通常は、光学系ビーム毎のデータで、全てのビーム出力が実用的に等しくなるように各光路のビーム出力を較正している。

特許文献２は、２つ以上の光学系からの照射レーザビームを、試料に照射する直前で、パワーメータで測定するようにしたレーザアニーリング装置を開示しているが、各光学系には、光学系とレーザ光源との間の光路に光路開閉用のシャッターと強度調整用の減光器とを備え、パワーメータは、可動テーブル上で試料の横側に固定されている。この装置で測定の際には、パワーメータ上を照射ビームが照射した状態で、光路毎に設けたシャッターの開閉操作で、測定すべき光学系を順次選んで、その強度を測定し、減光器でビーム強度を測定し、これを光路毎繰り返して、複数にわたる照射ビームを均一の強度にしていた。

特開２００２−１７６００７号公報 特開平２−１１９１２８号公報

基板に照射するエネルギーを把握するためそれぞれレーザ光学系光路にパワーメータを配置するのは、全ての照射ビームについて、照射出力を常時監視することができて便利である。

しかし、各パワーメータのデータには測定誤差を有し、その誤差がパワーメータ毎に異なっており、パワーメータの個体差により、あるいは、パワーメータを較正したときにはその較正の差により、実際の照射した場合には、複数の照射ビーム出力の間に偏差を生じていた。このために、レーザ光学系ごとに、精密で且つ特性の揃ったパワーメータが必要であった。

さらに、上記の特許文献２のレーザアニーリング装置は、単一のパワーメータで複数の光路からのビームを測定することができる点では、測定器の固体差を除去できるので利点があるが、縦長の照射ビームを受光するには、パワーメータの広い受光面域の全域にわたって測定誤差の少ないことが必要であり、また、測定時に幾つかの光路を開閉するのは、各光学系のビームの遮断と通過の操作が光学系に熱変動を与え、ビームエネルギーの通過効率を変動させることになる。このような光学系の遮断・透過に伴なう過渡的な不安定さが、各光路のビーム強度を変動させるので、複数のレーザ光源を使用するレーザアニーリング装置では、狭幅形状である照射ビームが長手方向に強度分布が不均一になることは免れない。

本発明は、上記課題に鑑み、強度測定器具の間の誤差やレーザ光学系の熱的不安定さに起因して生じるレーザ光学系の照射ビーム間の強度の偏差を極力低減することのできるレーザアニール装置用のモニタ方法とレーザアニール装置とを提供して、半導体膜上の照射領域間の結晶粒の大きさその他の特性の差を軽減しようとするものである。

本発明のレーザビーム強度モニタ方法は、複数の光学系の光路に対して、単一の強度測定部を用いるのであるが、その特徴は、一つの強度測定部を各光学系の光路上に移動させて各光路に受光可能に位置付けて、複数のレーザ光学系について、１つの強度測定部で、光路それぞれの照射エネルギーを測定するものである。

本発明の装置は、複数のレーザ光源と、各レーザ光源に対応するレーザ光学系とを備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置であるが、その特徴は、各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構とを含むことである。

本発明は、単一のレーザビーム強度測定部で、複数のレーザ光学系からの照射ビームを測定するので、複数の強度測定部を使用した場合の測定器個体差や較正の差に起因するパワーの誤差が解消でき、また、測定中は、全ての光路について、ビームを遮断する必要がないので、光学系は、ビームを透過して、熱的に定常状態にあり、光学系の変動に起因する熱的な誤差を除くことができる。

それ故、本発明は、複数の照射ビームを、ビーム間の相対的の誤差の少ない均一な出力に調整することができ、本発明のレーザアニール装置を用いて被照射膜材料、特に、非晶質半導体膜に、照射してアニーリングをするとき、上記のような複数の帯域の間における結晶粒度差を少なくした均一な粒度の多結晶膜を調製することができる利点がある。

さらに、複数のレーザビーム光学系の光路に必要な強度測定部を１個で対応することができ、計測器の配置や維持較正のコスト面で有効である。

本発明のレーザビーム強度モニタ方法において、複数のレーザ光学系を備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置であって、そのレーザビーム強度モニタ方法は、各光学系のレーザビーム強度を、複数の光路に亘り移動可能に配置した単一の強度測定部によりそれぞれ測定するものである。

本発明のレーザアニール装置は、複数のレーザ光源と、各レーザ光源に対応するレーザ光学系とを備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理する物であり、その特徴は、各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構とを含むことにある。

本発明においては、この好ましい形態は、強度測定部が、いずれの光路からも退避した位置で定置され、測定時に、各光路のビームを受光して直接測定するように移動することを含む。

別の形態は、各光路には、レーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分透過／反射鏡を配置するのが好ましく、上記の強度測定部が、部分透過／反射鏡から透過又は反射した上記部分ビームを受光して測定するように、移動可能とするのが好ましい。

この形態は、レーザビーム光学系の各光路に部分透過鏡を配置して該鏡を透過した部分ビームについて、単一の強度測定部が移動しては順次測定するもので、レーザビーム照射を継続しながら、全部の光学系についてレーザビームの強度測定を行なうことができる利点がある。

上記単一の強度測定部を移動可能にするには、移動機構、例えば、スライド機構を備えて、移動機構が、受光すべき複数のレーザビームの光路を横切って各光路に順次、強度測定部の受光面を位置付けするものが採用できる。このように、強度測定部を、移動機構、例えば、スライド機構に結合することにより、各レーザビーム光学系の光路上に強度測定部を移動させることが可能になる。それによって、１つの強度測定部だけで、複数のレーザビーム光学系にわたってそれぞれ照射エネルギーの測定が可能になる。

上記単一の強度測定部は、光学系と被処理膜材料との間の光路に配置することにより、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定することができる。全ての光学系からの照射ビームが正確に測定できるので、この測定信号ないし測定データにより、例えば、各光学に設けた可変減衰器を調節して再度強度測定をすることを、繰り返して、複数の照射ビームの強度を実質的に同一に設定することができる。

別の実施形態は、上記の強度測定部を第１の強度測定部とし、上記光学系の光路の第１の強度測定部とは異なる位置で第２の単一強度測定部を、配置して、各光路についてレーザビーム強度を測定することを含む。この第１の単一強度測定部と第２の強度測定部とは、上記と同様に、それぞれ対応する光路にわたって、別個に移動でき、光路毎に受光可能に位置付けられる。

このように、２つの単一強度測定部を光路位置を変えて配置することにより、強度変動の大きい幾つか発生部位を分けて、そのビーム強度を測定できるので、それぞれの測定信号、〜測定データから、発生部位における強度変動を知って、調整することができる。

そのような測定の態様は、上記第１の強度測定部を、光学系と被処理膜材料との間の光路に配置して、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定し、上記第２の単一強度測定部をレーザ発振器と光学系との間の光路に配置してレーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を測定することができる。

この例のモニタ方法は、２組の強度測定部を使い、その強度の差から、レーザ発振器とステージ間の光学素子伝送効率を測定することができ、光学素子伝送効率をモニターすることにより各光学素子及び装置の異常を判断できる。また、第２の単一強度測定部の強度データにより、各発振器を発振器出力が一定になる様に調節して、その上で、第１の単一強度測定部のデータで、各光学系の照射ビーム強度を知ることができる。この場合、後述の如く、複数のレーザ発振器と光学系との間にそれぞれ可変減衰器を介挿して、第１の単一強度測定部のデータで、可変減衰器を調節することができ、これにより、各光学系からの照射ビームの強度を全て光学系について、実質的に同一に成るように調節することができる。

さらに、レーザ光学系の各々についてその光路に、部分透過鏡又は部分反射鏡を介して、第２の強度測定部により、レーザ発振器の出力を測定し、第１の単一強度測定部により、光学素子を通過後のレーザビーム強度を測定するようにすれば、アニーリング操業中においてレーザビーム照射を行ないながら、光学素子伝送効率をモニターすることによつて、各光学素子及び装置の異常を判断でき、また、後述の如く、可変減衰器を配置して調節することにより、照射ビームの強度調節を任意に行なうことができる。

本発明の別の形態は、レーザアニール装置には、各レーザ光学系とこれに対応するレーザ光源との間に配置した各可変減衰器と、上記の強度測定部からの強度信号を受けて、可変減衰器の駆動部に制御信号を供給して各減衰器の減衰率を制御するフィードバック制御部とを含むものがよく、この制御部により、各光路の減衰器を調節してその減衰特性を所定の範囲内に調節することを含む。

さらにこの形態には、単一強度測定部を、上記可変減衰器と光学系との間の光路に配置して、強度測定部位からの測定信号により、フィードバック制御部が、各光路間の可変減衰器を較正するようにすることを含む。

さらに、各レーザ発振器には、それぞれ発振強度測定部を備えてもよく、この場合には、発振強度測定部からの発振強度信号と上記単一強度測定部からの強度測定信号とにより、フィードバック制御部が各減衰器を制御して、光路間の照射ビーム強度を一定に制御することができる。

上記フィードバック制御部を含むモニタ方法及びアニーリング装置の別の態様は、 単一の強度測定部下の測定値を利用してレーザビームの強度を自動制御するものであり、フィードバック制御部（又は、記憶装置）には、予め測定部位における必要なビーム強度を設定して記憶しておき、単一強度測定部からの強度測定信号を設定強度と比較して、その比較信号を制御信号として、可変減衰器（又は、可変減衰器を駆動してその減衰量を可変調整する駆動部）に入力して、可変減衰器の減推量を調節して、単一強度測定部の実測強度を設定強度に一致させるように、閉ループ制御を行なうのが好ましい。これにより、単一強度測定部による測定の際には、全部の光学系についての測定部位のビーム強度の全てを、予めの統一した設定強度に自動的に正確に自動調節することができる利点がある。

これらの実施形態において、レーザ光源には、ガスレーザや固体レーザが利用できる。特に、固体レーザは、発振器内での熱レンズ硬化によりレーザ出力が変動することがあり、本発明は、固体レーザに好ましく適用することができる。
被処理膜材料には、シリコン膜が利用では、基板上に形成した非晶質シリコン膜が、レーザ処理により、多結晶シリコン膜を調整する。このように、膜材料がシリコンであるとき、レーザ光源には、波長３３０〜８００ｎｍの可視光が、シリコン膜に対する適度の吸収性能を有するので、広く利用される。これらのレーザ光源には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波若しくは第３高調波、Ｎｄ：ガラスレーザの第２高調波若しくは第３高調波、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの第２高調波若しくは第３高調波、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波若しくは第３高調波、Ｙｂ：ＹＡＧレーザの第２高調波若しくは第３高調波、Ｙｂ：ガラスレーザの第２高調波若しくは第３高調波、又は、Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３レーザの基本波若しくは第２高調波等が利用できる。
本発明においては、さらに、レーザ光源として、上記固体レーザの高調波以外にも、ガスレーザ、例えば、ＣＯ_２レーザ、を複数個配列して広い面域を熱処理するような用途にも利用することもできる。

強度測定部には、レーザアニール装置では照射エネルギーが大きいことから、パワーメータ、例えば、カロリーメータが利用される。以下の実施形態は、パワーメータの例で、記載する。

実施の形態１．
この実施の形態は、光学系と照射面である基板との間の光路に、単一のパワーメータを光路間に移動可能に配置して、その光路のビームを直接測定するものである。パワーメータは、装置の作動時は、これら光路から退避した定置場所に定置でき、この場合は、光路は照射できるように照射ビームを伝送することができる。他方、測定時には、パワーメータは、各光路を個別に順次遮断して、その受光面で光路からのビームを受光してその強度を測定する。そのために、パワーメータは、複数の光路を横断するように、移動装置上に固定され、移動装置により、パワーメータを移動させて、所望の順番に各光路に受光可能に位置付けする。測定した強度のデータは、その光路の強度制御可能な光学部品の調整に使用する。この実施形態は、光路の光学系と照射面との間で強度測定をするので、基板に直接に入射する照射ビームの強度を正確に調節することができる利点がある。

図１に示す例は、レーザ光源として、複数のレーザ発振器１（この例は、３個の固体レーザ発振器１ａ、１ｂ、１ｃ）とそれぞれのレーザ発振器からのレーザビーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃの強度調整用の減衰器２（同様に、３個の減衰器２ａ、２ｂ、２ｃ）と、各減衰器からのレーザビームを受けて光学的操作して、基板７上の半導体膜である照射面で線状ビームプロフィルにして照射ビームとして供給するレーザ光学系３、４と、照射面をなす半導体膜を担持する基板７を搭載する２次元可動型ステージ１１と、から成っている。

各レーザビーム光学系３、４は、レーザ発振器１により放射され減衰器２を通過したレーザビームを、強度分布を均一化するためのホモジナイザー３（例として、３個のホモジナイザー３ａ、３ｂ、３ｃ）と、そのレーザビームを受けて基板７上に収束して照射する伝送系４とから構成されている。

この例の光学系３、４は、図示しないが、ホモジナイザー３に、ｙ方向に互いに対向する反射面を有する導波路と、この導波路出射端面をｙ方向にのみ基板上に転写する転写レンズを含み、他方、各伝送系４は、この例は、一対のシリンドリカルレンズ４ａ〜４ｃからなり、ホモジナイザー３からの転写ビームのうちｘ方向にのみ基板上に集光して、その結果、基板７上照射面には、ｙ方向に長くｘ方向に非常に狭くして、照射部位２２（例として、３個の照射部位２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）では線状照射ビームを形成している。

この実施形態は、パワーメータ５を、複数のレーザビーム光学系と基板７上の照射面との間に、光路を遮断して受光可能に配置している。

この例は、図示しないが、光路に対して直交するガイドを備えて、ガイドにそって移動する摺動台上にパワーメータ５が、その受光面を光路の光学系の方向に向けて、搭載され、摺動台が、自動的に往復移動制御される。通常は、摺動台を定置する定置位置を適宜設けて、定置位置は、パワーメータ５が、どの光路も阻害しない位置であればよく、パワーメータ５は、アニール装置が動作中は、その位置に定置されている。

測定の際には、装置のアニーリング処理動作は中断するが、レーザ発振器はそのまま作動させた状態で、測定すべき光学系を予めないし適宜選択あるいは順次指定することにより、摺動台が移動してパワーメータ５をその光路に受光可能に正確に位置付けて、パワーメータ５によりその光路のエネルギー強度を正確に測定する。次に、パワーメータ５が、指定された光路に移動して、その光路のエネルギー強度を測定する。移動と測定を繰り返して、こうして、光学系全部について、照射ビームの強度を測定して測定データを得ることができる。

測定データからビーム強度を調整する１つの方法は、測定された全部の光路の強度データから、全ての光路の強度が実質的に同一になるように光路毎に修正値を決定して、その修正値から、全ての光路のビーム強度が実質的に同一になるように、各光路の可変減衰器２を調節する。この調節中又は調節後に、再度強度測定を上記要領に従って行ない、均一強度を達成していることを確認する。

別の方法は、光路別に、強度測定を行ない、測定値が所定の設定値になるように、その場で可変減衰器２を調節する。この操作を、全部の光学系について行なう。これにより、最終的に的には、全ての光路に付いて実質的に同一の強度が得られる。

実施の形態２．
この実施形態は、複数の光学系と対応する基板の照射面との間に第１の強度測定部を設け、第２の単一の強度測定部を、レーザ発振器と減衰器との間に配置して、２段階の測定を行なうものである。

第１の強度測定部は、実施の形態１と同様に、各光学系と対応する基板の照射面との間の各光路を単一の測定部で測定して、減衰器を調節して各光路における照射ビームの強度を均一にするものである。

第２の強度測定部は、レーザ発振器と減衰器との間に配置して、各レーザ発振器の放射強度を測定し、各レーザ発振器の特性差を調べると共に、各レーザ発振器を調節して各発振出力を均一化するものである。

２段階の強度測定部により、出力の変動が、レーザ発振器に起因するものか、光学系の光学素子に起因するものかを判別することができ、大きな出力差を生じた場合には、その原因を迅速に把握することができる。

図２はこの実施形態を示すが、上記の実施の形態１に追加の形態で、レーザ光学系においてレーザビーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃを出力するレーザ発振器１とレーザビーム強度を調整する減衰器２の間に第２のパワーメータ８を配置している。

第１のパワーメータ５は、各光学素子及び装置を通過したレーザビームの出力を測定し、第２のパワーメータ８は、レーザ発振器のみの出力を測定し、レーザ発振器１からステージ１１上の基板７までの伝送効率の把握することを可能とする。それによって、レーザ発振器以降に配置される減衰器２、ホモジナイザー３、ビーム伝送系４、などの各光学素子及び装置において何らかの異常（例えば、減衰器内反射ミラーの損傷また、ビーム伝送系でのレンズの焼き付きなど）が発生した場合、パワーメータ５とパワーメータ８で測定した伝送効率をモニタしていれば、各光学素子及び装置においての異常を判断することができる。

実施の形態３．
この実施形態は、各レーザ発振器から基板に至る各光路に部分透過鏡を挿入して、レーザビームの一部を部分透過鏡に光路外に分岐して部分ビームを取り出し、この分岐ビームを単一の強度測定部により測定する物である。パワーメータは、分岐ビームの光路に直交して移動するように配置され、パワーメータにより、複数の分岐ビームを適宜又は順次測定して、エネルギー強度を測定する。各光路に介挿する部分透過鏡の透過率を一定に保持することにより、測定値から、正確に、照射ビームの強度を知ることができる。

この例は、図３に示すように、複数のレーザ発振器１（図は、３個のレーザ発振器１ａ、１ｂ、１ｃ）より放射された各レーザビームは、上記の実施形態と同様に、レーザビーム強度を調節する可変減衰器２（２ａ、２ｂ、２ｃ）によって必要な強度に調整され、レーザビーム強度分布を均一化するためのホモジナイザー３（３ａ、３ｂ、３ｃ）を通して、レーザビーム強度分布を均一化する。各ホモジナイザー３からの各レーザビームはビーム伝送系４によって基板７上に集光されて、線状の形状プロフィルされるが、ビーム伝送系４からの各照射ビーム２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）は、各ビーム伝送系４の後に配置された部分透過鏡９（９ａ、９ｂ、９ｃ）により、大部分が反射して、ステージ１０上の基板７上に照射される。

部分透過鏡９の透過方向には、１個のパワーメータ５が配置され、パワーメータ５は、各部分透過鏡９を透過した分岐光路の部分ビームを受光可能に直交移動できるように配置されている。

ここに、部分透過鏡９は、各ビーム伝送系４からのレーザビーム強度の数％の一定割合を透過させ、残りの光を反射させて、基板７上に照射する。この部分透過鏡の正確な透過率は実測されて知られており、照射ビーム２１はそのビーム強度の一部が透過光となり、部分透過鏡５後部に配置されるパワーメータ５で強度を測定する。パワーメータ５での測定強度値を既知の透過率で除して、照射ビームの出力を知ることができる。

この実施形態は、部分透過鏡９によって光路外に透過したレーザビームを測定するので、ビーム強度測定時にパワーメータで光路を遮断することなく、常時パワー測定できる利点がある。即ち、照射ビーム２１でアニール処理を実施しながら、ビーム強度の測定を随時実施できるので、生産性を害しない利点がある。また、パワーメータは移動可能な移動機構、例えば、スライド機構（不図示）、を備えているので、複数のレーザ光学系に亘って単一のパワーメータでよい利点がある。

実施の形態４．
この実施形態の装置は、図４に示すように、複数のレーザ発振器１（１ａ、１ｂ、１ｃ）より出力されたレーザビームを第２の部分反射鏡９１（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）を通して、減衰器２（２ａ、２ｂ、２ｃ）に導かれ、減衰器２を通過したビームは、上記実施形態３と同様にして、ホモジナイザー３と、ビーム伝送系４と、上記の部分透過鏡９（９ａ、９ｂ、９ｃ）により反射されて、基板７上に照射され、上記部分透過鏡９は、ビーム伝送系４からのビーム強度の数％を透過して、移動可能にした強度測定部で測定される。

レーザ発振器１からのレーザビームは、数％を反射する部分反射鏡９１（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）を通過し、レーザビーム強度を調節する手段を備えた減衰器２によって必要な強度に調整され、レーザビーム強度分布を均一にする手段を備えたホモジナイザー３によってレーザビーム強度分布を均一化する。そしてビーム伝送系４によって既定サイズに変換され、その後に配置される数％を透過する部分透過鏡９によりステージ１１上に折り返され、基板７上に照射される。部分反射鏡９１をレーザビームが通過した際に、数％のレーザビームは反射され、部分反射鏡下方に配置されるパワーメータ８でレーザビーム強度を測定する。また部分透過鏡９を数％透過した部分ビームは、部分透過鏡後部に配置されているパワーメータ５で測定されて、レーザビームの強度信号を得られる。

二つのパワーメータ５とパワーメータ８で測定した結果より、光学系の伝送効率の測定と管理が可能となり、伝送効率をモニタしていれば、各光学素子及び装置においての異常を判断することができる。

実施の形態５．
この実施形態は、複数のレーザビーム光学系の各光路又は分岐された各光路に移動して測定可能な単一のパワーメータを配置して、パワーメータからの検出信号を、フードバック制御系を介して、各レーザビーム出力を制御して、複数の照射ビームの出力を一定範囲に制御するのである。

フィードバック制御部は、制御信号を出力して、レーザ発振器若しくは減衰器又は両者を制御して、これにより、発振器のレーザビームの強度、若しくは減衰器を通過したビームの強度または、両方の強度を、複数の光学系にわたって、一定に保持するものを含む。

図５の例においては、各レーザ光学系３、４は、レーザ発振器１（１ａ、１ｂ、１ｃ）より出力されたレーザビーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃが、レーザビーム強度を調整する手段を備えた減衰器２（２ａ、２ｂ、２ｃ）によって必要な強度に調整され、レーザビーム強度分布を均一化する手段を備えたホモジナイザー３（３ａ、３ｂ、３ｃ）によってレーザビーム強度分布を均一化され、その後レーザビームはビーム伝送系４によって基板上に照射される。レーザビーム強度を調整する減衰器２とホモジナイザー３との間の光路に単一のパワーメータ５を配置する。単一のパワーメータ５は、スライド機構（不図示）によって各レーザビーム光路上に移動が可能になる。パワーメータ５は、減衰器２を通過したレーザビームの出力を測定し、その信号により、フィードバック制御部を介して、減衰器２の透過率を制御して、複数の減衰器２を透過するレーザビーム強度を実質的に同じレベルになるように、自動調節する。これにより、レーザ発振器からステージまでの伝送効率を一定に調節することができる。

図６において、フィードバック制御系は、ステップ１でレーザビーム照射状態にし、ステップ２で、各光学系の光路で、スライド機構のパワーメータ５により減衰器２の通過ビーム強度を測定し、ステップ３は、その測定データを、ステップ３では、フィードバック制御系において、各光学系に接続した減衰器の透過率特性を把握する。

図７には、減衰器の透過率特性の一例を示すグラフであるが、この図から分るように、複数の光学系では、各減衰器の透過率特性（即ち、その減衰器の公称透過率と、実際にその減衰器を透過したエネルギーの出力の入力に対する比との相関関係を言う）が異なることがある。

ステップ４は、前記ステップ３において調べた透過率特性の差（公称透過率における減衰器の間のビーム出力相対値の差、以下同）が、±１％以上であるときは、減衰器間の透過率特性の差のデータから、各減衰器透過率特性の較正を行なう。減衰器の間において透過率を較正することによって、各光学系の減衰器間の透過率特性を実質的に同一にすることができる。

各減衰器は、長時間のレーザの透過により、温度変化し透過率が変化してくるので、定期的に、例えば、製品ロッド毎に、又は、一定時間（例えば、２４時間）毎に、各減衰器について透過率の較正を行なうことができる。

実施の形態６．
この実施形態は、図８の例に示すように、各光学系について、減衰器２と光学系３、４との間の各光路に、単一のパワーメータ５を、光路を遮断して直接受光できるように移動可能に配置し、パワーメータ５の測定信号が減衰器２ａ、２ｂ、２ｃを駆動して制御するフィードバック制御部６を備えている。さらに、各レーザ発振器１（１ａ、１ｂ、１ｃ）には発振パワーメータ１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を内蔵しており、それぞれレーザ発振器の出力を測定して、その出力信号を上記フィードバック制御部６に入力している。この例は、常時、各発振器の発振出力を常時測定し、フィードバック制御部６が、各レーザ発振器１から減衰器２を通過するレーザビームの出力がいずれの光学系において同一になるように、各減衰器２をフィードバック制御している。

これによって、レーザ発振器からの出力変動を減衰器の透過率を調整することにより、照射ビーム２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を安定して互いに実質的に等しい強度で、基板７上に照射することができる。

本発明のモニタ方法とレーザアニール装置は、半導体製造の分野において、特に、大きな基板上に蒸着した非晶質シリコン膜にレーザビームを照射して多結晶化する製造分野、及びこれらの多結晶シリコン膜上にトランジスタ回路を形成して集積回路製造分野に広く適用可能である。

本発明の実施例に係るレーザアニール装置の概要図を示す。 本発明の別の実施例に係るレーザアニール装置の図１同様図。 本発明のさらに別の実施例のレーザアニール装置の概要を示す模式的斜視図。 本発明のさらに別の実施例のレーザアニール装置の図３同様図。 本発明のさらに別の実施例のレーザアニール装置の概要図。 本発明のさらに別の実施例にレーザアニール装置の減衰器較正手順を示すフローチャート図。 本発明のさらに別の実施例にレーザアニール装置に使用した減衰器間の透過特性の相異を示すグラフ。 本発明の別の実施例に係るレーザアニール装置の概要図。

符号の説明

１ レーザ発振器、２ 減衰器、３ ホモジナイザー、４ 伝送系、５ パワーメータ、６ フィードバック制御部、７ 基板、１１ ステージ、９ パワーメータ。

Claims (19)

1. 複数のレーザ光学系を備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置のレーザビーム強度モニタ方法において、各光学系のレーザビーム強度を、複数の光路に亘り移動可能に配置した単一の強度測定部によりそれぞれ測定することを特徴とするレーザアニール装置のレーザビーム強度モニタ方法。
2. 上記単一の強度測定部が、いずれの光路からも退避した位置で定置され、測定時に、各光路のビームを受光して直接測定するように移動可能にされていることを含む請求項１に記載の方法。
3. 複数のレーザ光学系を備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置のレーザビーム強度モニタ方法において、各光学系の各光路には、レーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分反射鏡を配置し、部分反射鏡で分岐した上記の部分ビームを受光して測定するように移動可能に配置した単一の強度測定部により部分ビームの強度をそれぞれ測定することを特徴とするレーザビーム強度モニタ方法。
4. 上記単一の強度測定部が、移動機構により、受光すべきビームに位置付け可能にした請求項１ないし３いずれかに記載の方法。
5. 上記単一の強度測定部を、各光学系と被処理膜材料との間の光路に配置して、被処理膜材料に照射される各照射ビームの強度を測定する請求項１または２に記載の方法。
6. 上記単一の強度測定部が、上記光学系の光路に設けた第１の強度測定部と、この第１の強度測定部とは異なる位置で配置した第２の強度測定部とを含み、各強度測定部が光路上異なる位置でレーザビーム強度を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
7. 上記単一の強度測定部が、光学系と被処理膜材料との間の光路に設けた第１の強度測定部と、レーザ発振器と光学系との間の光路にレーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分反射鏡を配置し、部分反射鏡で分岐した上記の部分ビームを受光して測定するように配置された第２の強度測定部とを含み、
   上記第１の強度測定部が、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定し、
   上記第２の強度測定部が、レーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
8. 上記レーザアニール装置が、各レーザ光学系とこれに対応するレーザ光源との間に配置した可変減衰器と、上記単一の強度測定部からの強度信号を受けて、各可変減衰器の駆動部に制御信号を供給して各減衰器の減衰率を制御するフィードバック制御部とを有し、各光路の減衰器の減衰特性を所定の範囲内に調節することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
9. 上記単一の強度測定部を、上記可変減衰器と光学系との間の光路に配置して、上記単一の強度測定部からの測定信号により、フィードバック制御部が、各光路間の可変減衰器を較正するようにした請求項８に記載の方法。
10. 各レーザ発振器にはそれぞれ発振強度測定部を備え、発振強度測定部からの発振強度信号と上記単一の強度測定部からの強度信号とにより、フィードバック制御部が各減衰器を制御して、光路間の照射ビーム強度を一定に制御する請求項９に記載の方法。
11. 複数のレーザ光源と、各レーザ光源に対応するレーザ光学系とを備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置において、
    装置が、各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構とを含み、
    該単一の強度測定部が、各光学系のレーザビーム強度を、複数の光路に亘り移動して、それぞれ測定することを特徴とするレーザアニール装置。
12. 上記の移動機構が、強度測定部をいずれの光路からも退避した位置で定置し、測定時には、各光路のビームを受光して直接測定するように移動させることを含む請求項１１に記載の装置。
13. 複数のレーザ光源と、各レーザ光源に対応するレーザ光学系とを備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置において、
    各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、
    該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構と、
    各光学系の各光路に配置されて、レーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分反射鏡とを含み、
    上記移動機構が、該強度測定部が部分反射鏡で分岐した上記部分ビームを受光して強度測定するように、該強度測定部を移動させることを特徴とするレーザアニール装置。
14. 上記単一の強度測定部が、レーザ光学系と被処理膜材料との間の光路に配置して、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定する請求項１１または１２に記載の装置。
15. 上記単一の強度測定部が、上記光学系の光路に配置した第１の強度測定部と、該第１の強度測定部とは光路上異なる位置で配置した第２の強度測定部とを含み、各強度測定部が光路上異なる位置でレーザビーム強度を測定することを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
16. 上記単一の強度測定部が、光学系と被処理膜材料との間の光路に設けた第１の強度測定部と、レーザ発振器と光学系との間の光路にレーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分反射鏡を配置し、部分反射鏡で分岐した上記の部分ビームを受光して測定するように配置された第２の強度測定部とを含み、
    上記第１の強度測定部が、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定し、
    上記第２の強度測定部が、レーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を測定することを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
17. 上記レーザアニール装置が、各レーザ光学系とこれに対応するレーザ光源との間に配置した各可変減衰器と、上記単一の強度測定部からの強度信号を受けて、可変減衰器の駆動部に制御信号を供給して各減衰器の減衰率を制御するフィードバック制御部とを含み、各光路の減衰器の減衰特性を所定の範囲内に調節することを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
18. 上記単一の強度測定部を、上記可変減衰器と光学系との間の光路に配置して、上記単一の強度測定部からの測定信号により、フィードバック制御部が、各光路間の可変減衰器を較正するようにした請求項１７に記載の装置。
19. 各レーザ発振器にはそれぞれ発振強度測定部を備え、発振強度測定部からの発振強度信号と上記単一の強度測定部からの強度信号とにより、フィードバック制御部が各減衰器を制御して、光路間の照射ビーム強度を一定に制御する請求項１８に記載の装置。

Images