JP4618360B2 - レーザアニール方法およびレーザアニール装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザアニール方法およびレーザアニール装置に関する。詳しくは、基板上の非晶質膜にレーザ光を走査しながら照射することで結晶化を図るレーザアニール方法およびレーザアニール装置に関する。

液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置のようなフラット型表示装置においては、複数画素のアクティブマトリックス表示を行うためのスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）が用いられている。

薄膜トランジスタには、多結晶シリコン（poly-Si）あるいは微結晶シリコン（μc-Si）などを活性領域に用いたもの（多結晶シリコンＴＦＴ）と、非晶質シリコン（アモルファスＳｉ）を活性領域に用いたもの（非晶質シリコンＴＦＴ）とがある。このうち、多結晶シリコンＴＦＴは、非晶質シリコンＴＦＴと比較してキャリアの移動度が１０倍から１００倍程度大きいという特徴があり、スイッチング素子の構成材料として非常に優れた特性を有している。

ここで、特許文献１には、非晶質シリコンを結晶化する手法が開示されている。この手法は、連続発振（ＣＷ）レーザや、パルス周波数が極めて高い数十ＭＨｚ以上の擬似ＣＷレーザ光を用い、これを基板に成膜したシリコン膜に対して一方向に相対移動（走査）するものである。

この手法では、レーザ光の走査により、結晶が一方向に沿って成長する。結晶粒界は成長方向に対し、ほぼ平行に形成される。したがって、結晶成長方向の電気伝導は、キャリアが横断する結晶粒界の密度が低下するため、移動度を高くすることができる。

特開２００４−８７６６７号公報

しかしながら、従来の技術では、レーザ光の強度、レーザ光のスキャン速度といった結晶化を図る際のパラメータを常時、最適に制御するのが困難となっている。このため、非晶質膜の結晶化にバラツキが生じるという問題がある。

本発明は、レーザ光を走査しながら照射するレーザアニールにおいて、非晶質膜を均一に結晶化する技術の提供を目的とする。

本発明は、基板上の非晶質膜にレーザ光を走査しながら照射して結晶化を図る工程と、レーザ光の照射および走査を行いながら基板からのレーザ光の反射光量およびレーザ光の走査速度を検出する工程と、レーザ光の反射光量およびレーザ光の走査速度と予め設定された基準との比較結果に基づきレーザ光の照射量および走査速度を制御する工程とを有するレーザアニール方法である。

また、本発明は、レーザ光源から出射され、基板上の非晶質膜に照射するレーザ光の照射光量および走査速度を調整する変調部と、変調部を介して走査されるレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出部と、基板からのレーザ光の反射光量を検出する反射光量検出部と、走査位置検出部で検出したレーザ光の走査位置から演算される走査速度と予め設定された基準とを比較するとともに、反射光量検出部で検出したレーザ光の反射光量と予め設定された基準とを比較して、これらの比較結果に応じて変調部で調整するレーザ光の光量および走査速度を制御する制御部とを有するレーザアニール装置である。

このような本発明では、レーザ光の基板からの反射光量およびレーザ光の走査速度を検出し、予め設定された基準との比較結果に基づき制御することから、予め設定された基準に合わせて安定した照射光量および走査速度を得ることができる。

また、本発明は、レーザ光の反射光量およびレーザ光の走査速度と予め設定された基準との比較を、所定の走査回数ごとに複数回行い、複数の比較結果を用いてレーザ光の照射量および走査速度の制御を行うものでもある。これにより、レーザ光の照射光量および走査速度の経時的な変化を修正できるようになる。

ここで、基板は、ガラス、シリコン等の半導体が用いられる。また、非晶質膜は、例えば非晶質シリコン膜である。変調部の一例としては、音響光学偏向素子が用いられる。

本発明によれば、非晶質膜のアニールにおいて、常時、最適かつ均一な結晶品質を安定して得ることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」とする。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．レーザアニール装置（装置構成、装置動作、レーザアニールによる結晶化のポイント）
２．レーザアニール方法
３．具体例（レーザアニール装置の制御部の具体例、レーザアニール方法の具体例）

＜１．レーザアニール装置＞
［装置構成］
図１は、本実施形態に係るレーザアニール装置の一例を説明する構成図である。本実施形態に係るレーザアニール装置１は、基板１０上の非晶質膜にレーザ光を走査（「スキャン」とも言う。）しながら照射し、結晶化を図る装置である。本実施形態のレーザアニール装置１は、この結晶化を図るにあたり、結晶化の状態をレーザ光の反射光量として検出し、またレーザ光の走査速度を検出し、帰還制御によってレーザ光の照射量および走査速度を逐次制御する点に特徴がある。ここで、本実施形態では、非晶質膜として非晶質シリコン膜を例とするが、レーザアニールによって結晶化される他の非晶質膜であっても適用可能である。

レーザアニール装置１は、レーザ光源ＬＤ１、変調器である音響光学偏向素子（以下、「ＡＯＤ」と言う。）、ハーフミラーＨＭ１、反射光量検出器ＰＤ、反射光位置検出器ＰＳＤ、基板１０を載置するステージ２０、制御部３０、レーザ光の焦点合わせを行うフォーカス用光学系５０を備えている。

レーザ光源ＬＤ１は、非晶質膜の結晶化に必要な波長および出力のレーザ光を出力するものを用いる。本実施形態では、青紫色半導体レーザ（波長λ＝４０５ｎｍ、出力２００ｍＷ）を出力するレーザ光源ＬＤ１を用いている。レーザ光源ＬＤ１の発光量はリアモニタによって検出される。

ＡＯＤは、レーザ光源ＬＤ１から出射されたレーザ光の基板１０への照射量および走査角度（「スキャン角度」とも言う。）を制御する。ＡＯＤには後述する制御部３０から回折強度指令およびスキャン角度指令が与えられ、これに基づきレーザ光の照射量および走査角度を調整している。

ハーフミラーＨＭ１は、レーザ光の照射経路上に配置され、ＡＯＤから出力されるレーザ光を透過するとともに、基板１０から反射してきたレーザ光をレーザ光源ＬＤ１とは異なる方向に反射して、後段の反射光量検出器ＰＤおよび反射光位置検出器ＰＳＤに送る。ハーフミラーＨＭ１は、例えば偏向ビームスプリッタを用いる。ハーフミラーＨＭ１で反射したレーザ光は、別のハーフミラーＨＭ２によって反射光量検出器ＰＤ側と反射光位置検出器ＰＳＤ側とに分岐される。

反射光量検出器ＰＤは、基板１０で反射したレーザ光の光量を検出し、光量に応じた電気信号を出力する受光センサである。反射光位置検出器ＰＳＤは、基板１０で反射したレーザ光の照射位置を検出し、ＡＯＤによるレーザ光の走査位置に応じた電気信号を出力する。すなわち、反射光位置検出器ＰＳＤは、ライン状の受光センサとなっている。ＡＯＤによってレーザ光が走査される際、走査位置によってレーザ光の基板１０への入射角度が異なる。したがって、基板１０で反射するレーザ光の角度も走査位置によって異なるため、反射光位置検出器ＰＳＤでレーザ光を受光する位置によって走査位置を検出できることになる。

ステージ２０は、基板１０を載置するとともに、基板１０をレーザ光のスキャン方向や、これと直交する方向に移動させる移動機構を有している。なお、本実施形態では、レーザ光の基板１０上でのスキャン方向をＹ軸方向、これに直交する方向をＸ軸方向とする。本実施形態では、ステージ２０のＸ、Ｙ軸方向に沿った移動の分解能として、例えば０．２８ｎｍ程度のものを用いている。レーザ光のスキャン中はステージ２０がＸ軸方向に移動することによって１つのエリアのアニールを行う。また、別のエリアに移動する場合には、レーザ光の照射を中止した状態でステージ２０をＸ、Ｙ軸方向に所定量移動させる。

フォーカス用光学系５０は、レーザ光の焦点位置を調整する対物レンズＬ１と、焦点位置検出用の赤色半導体レーザ光源ＬＤ２と、赤色レーザ光の基板１０からの反射光を受光する受光器ＰＤ２と、受光器ＰＤ２の受光量に応じて対物レンズＬ１を駆動する駆動部ＦＳとを有している。

赤色半導体レーザ光源ＬＤ２から出射された赤色レーザ光は、ハーフミラーＨＭ３を透過してダイクロイックミラーＤＣＭで反射し、基板１０上に照射される。赤色レーザ光は非晶質膜の結晶化には寄与せず、基板１０で反射してダイクロイックミラーＤＣＭで再び反射し、ハーフミラーＨＭ３で反射して受光器ＰＤ２に達する。受光器ＰＤ２での受光量は対物レンズＬ１での集光状態に対応しており、受光量に応じて駆動部ＦＳが対物レンズＬ１を移動させる。そして、集光状態が最小となるよう受光器ＰＤ２での検出、対物レンズＬ１の駆動についてフィードバック制御する。これによって、対物レンズＬ１の焦点を基板１０上に合わせる制御を行う。

制御部３０は、反射光位置検出器ＰＳＤで検出したレーザ光の走査位置から演算される走査速度と予め設定された基準とを比較する処理、および、反射光量検出器ＰＤで検出したレーザ光の反射光量と予め設定された基準とを比較する処理を行う。そして、これらの比較結果に応じてＡＯＤで調整するレーザ光の光量および走査速度を制御する。

すなわち、制御部３０は、反射光位置検出器ＰＳＤで検出したレーザ光の走査位置から走査速度を演算し、この演算した走査速度と予め設定されている基準走査速度との比較を行う。比較の結果、例えば、走査速度と基準走査速度との差が予め設定した値（例えば、５％）以内に収まっていれば、走査速度が基準走査速度に合致していると判断し、ＡＯＤへのスキャン角度指令をそのまま維持する。一方、走査速度が基準走査速度より速ければ（例えば、５％を超えるほど速ければ）、ＡＯＤへのスキャン角度指令を現状より遅くするよう指示する。また、走査速度が基準走査速度より遅ければ（例えば、５％を超えるほど遅ければ）、ＡＯＤへのスキャン角度指令を現状より速くするよう指示する。

また、制御部３０は、反射光量検出器ＰＤで検出したレーザ光の光量と、予め設定されている基準光量との比較を行う。比較の結果、例えば、検出光量と基準光量との差が予め設定した値（例えば、５％）以内に収まっていれば検出光量が基準光量に合致していると判断し、ＡＯＤへの回折強度指令をそのまま維持する。一方、検出光量が基準光量より多ければ（例えば、５％を超えるほど多ければ）、ＡＯＤへの回折強度度指令を現状より少なくするよう指示する。また、検出光量が基準光量より少なければ（例えば、５％を超えるほど少なければ）、ＡＯＤへの回折強度指令を現状より多くするよう指示する。

［装置の動作］
レーザ光源ＬＤ１より出射したレーザ光は、コリメータレンズＣＬを介してＡＯＤに送られる。ＡＯＤは、制御部３０から送られる回折強度指令および走査角度指令により、通過するレーザ光の強度変調と走査角度制御とを行う。

その後、レーザ光は複数のレンズＬ２に導かれ、対物レンズＬ１にて集光され、最終的にステージ２０上に載置された基板１０上の非晶質膜に照射される。基板１０上に照射されるレーザ光の照射光量は、ＡＯＤによる強度変調で設定される。また、レーザ光は、ＡＯＤによる走査角度制御によって基板１０上で所定幅のスキャンが行われる。

レーザ光を走査しながら照射する間、ステージ２０の駆動機構によって基板１０はＸ軸方向に移動していく。ステージ２０のＸ軸スライドは、レーザ光の設定されたスキャンピッチに合う速度で制御され、高精度にスキャンピッチを刻んでいく。ステージ２０のＸ軸方向に沿った定速移動と、１つのエリア内での繰り返しのレーザ光走査による照射が終了すると、Ｙ軸をステップ的に次のエリアに移動させる。その後、再び、ステージ２０をＸ軸方向に沿って定速移動制御しながらレーザ光の走査による照射を行う。この繰り返しで基板１０の所定領域の非晶質膜を結晶化する。

［レーザアニールによる結晶化のポイント］
レーザアニールによる非晶質膜の結晶化において、最適かつ均一な結晶化を得るためには、レーザ光の照射エネルギーの制御が重要である。すなわち、レーザ光の強度、レーザ光の走査速度、および基板移動速度などのパラメータを常時、最適かつ一定に制御する必要がある。

従来技術では、この最適パラメータの探索のために、あるパラメータ条件でレーザ光照射した基板を装置から取り外し、光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡等で目視検査を行っている。そして、均一かつ最良となるパラメータ条件が見つかるまで、レーザ光照射と目視検査とを繰り返し行っていた。

しかし、このような目視検査とパラメータ条件設定との繰り返しでは、目視による非定量的な評価のため、基板の全領域を漏らさず、かつ定量的に再現性よく行うことはほぼ不可能である。そのため、最終的にはＴＦＴ等の素子の製作まで工程を進めた後、その電気的特性を計測することで、基板全域のバラツキや絶対値を評価している。そして、この工程でバラツキ不良が発覚した場合には、再度、レーザ結晶化工程に戻り、バラツキの原因究明と対策を施した後、パラメータ条件の再最適化を図る。その後、再びレーザ光照射、目視検査、ＴＦＴ等の素子の製作、電気的特性評価までの作業ルーチンを行う必要がある。この作業ルーチン１回にかかる期間は２、３ヶ月ほども要し、このルーチンを数回繰り返すとなると、多大な時間の浪費となっている。

また、レーザ光照射による結晶化のひとつのアプリケーションとして、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置におけるＴＦＴアレイ製作を考えた場合、パネルの大型化に伴う製造タクトの高速化は大変重要な課題である。その解決法のひとつとして、複数のレーザヘッドを一台のレーザアニール装置に搭載し、マルチビームで結晶化を行う方法が有力である。しかし、マルチヘッド化に伴う異なるヘッド間の結晶品質のバラツキを抑制し、全ヘッドで最適な状態を安定して維持するには、上記のような従来技術を用いると、数ヶ月にもおよぶ一連の作業ルーチンを複数のヘッドのそれぞれに対して行わなければならない。

図２は、従来技術によるレーザ光照射後の基板表面の状態を示す図、図３は、従来技術によるレーザ光照射中の反射光量と反射光位置検出信号、回折強度指令およびスキャン角度指令を示す図である。

図２に示すように、レーザ光の１スキャン中には、反射光量の異なる領域（反射光量の多い領域と少ない領域）が存在する。これは、図３に示すように、レーザ光照射中の反射光量の変化として捉えられている。

本実施形態では、この反射光量のレベルが常時、最適な値で一定になるようＡＯＤへの回折強度指令とスキャン角度指令とを制御している。これにより、品質が均一で最適な結晶化を得るようにしている。

さらに、レーザ光照射中の反射光量は隣接スキャンの結晶化の状態(重なり具合)をも反映しているため、スキャン角度指令あるいはステージのＸ軸スライド移動指令を制御することで、最適かつ等間隔のスキャンピッチを得ることも可能である。すなわち、各スキャンごとの反射光量を一定にする制御によって、隣接するスキャンラインでの結晶化のバラツキを抑制できる。

図４は、本実施形態のレーザアニール装置でレーザ光照射した後の基板表面の状態を示す図、図５は、本実施形態のレーザアニール装置におけるレーザ光照射中の反射光量と反射光位置検出信号、回折強度指令およびスキャン角度指令を示す図である。

本実施形態のレーザアニール装置では、レーザ光の１スキャン中の走査速度が等速になるようＡＯＤに送るスキャン角度指令を補正制御している。すなわち、図５に示すスキャン角度指令は、図３に示すスキャン角度指令に比べて曲線的となっており、走査速度が等速となるよう制御している。

また、本実施形態のレーザアニール装置では、反射光量が一定となるようＡＯＤに送る回折強度指令を補正制御している。すなわち、図５に示す回折強度指令は、スキャン中の反射光量が一定となるよう制御されている。これにより、反射光量検出器で検出するレーザ光の反射光量レベルの均一性が改善される。図４に示すように、レーザ光の１スキャン中の反射光量は一様になっており、均一に結晶化されていることが分かる。

図６は、レーザ光照射中のビームスポットの状態を示す模式図である。なお、図６では、説明を分かりやすくするため、既に結晶化された状態の上にレーザ光のビームスポット位置（図中丸印）を合わせて表示している。ここでは、波長λ＝４０５ｎｍ、実行ＮＡ＝０．８でレーザ光を照射している。この条件で、レーザ光のビームスポット径は０．５μｍとなる。また、スキャン速度は１ｍ／ｓｅｃであり、隣接スキャンとのピッチ（スキャンピッチ）は０．４μｍとなっている。

このようなビームスポットが走査される場合、レーザ光照射中の反射光量の変化は、同一スキャン内での直前のビーム照射による結晶化および溶解の状態と、１スキャン前の結晶化の状態とから得られることになる。

例えば、スキャン中のビームスポットが図中Ａで示す丸印の場合、隣接のビームラインと重なる領域（図中斜線ａ）と、直前のビームスポット（図中Ｂで示す丸印）と重なる領域（図中斜線ｂ）と既に結晶化された部分となる。したがって、スキャン中のビームスポット（図中Ａで示す丸印）からの反射光は、図中斜線ａ、ｂで示す結晶化された領域からの反射を反映していることになる。

本実施形態では、結晶化のためのレーザ光を走査しながら、その反射光を反射光量検出器で検出している。これにより、結晶化とともに既に結晶化された領域の状態を反射光量として捉え、レーザ光の照射光量のフィードバック制御を行っている。

＜２．レーザアニール方法＞
図７は、本実施形態に係るレーザアニール方法の概略を説明するフローチャートである。先ず、レーザ光の走査速度に関する基準を設定する。すなわち、レーザ光照射中の反射光位置検出器での検出値が所定の振幅となるようスキャン角度指令の出力レンジを調整する（ステップＳ１）。

次に、レーザ光の１スキャン期間において反射光位置検出器でその位置をサンプリングする。この際、初期のスキャン角度指令による１スキャンでは走査速度が一定とならない（非線形特性）。そこで、制御部は、反射光位置検出器でサンプリングした位置の始点と終点とが直線（線形）となるよう各サンプリング値ごとに係数を掛けて直線化補正を行う。

図８は、スキャン角度指令とスキャン角度との関係を示す図である。この図で横軸はスキャン角度指令の値、縦軸はスキャン角度を示している。サンプリングでは、スキャン角度指令に対してスキャン角度が非線形となっている。制御部は、サンプリングの始点と終点とが直線となるよう各スキャン角度指令での各サンプリング値に補正係数を掛ける。

次に、レーザ光照射中の反射光を反射光量検出器で検出する（ステップＳ３）。そして、制御部は、この反射光量検出器で検出した反射光量に応じた信号を受けて、これが予め設定されているレベルで均一となるよう回折強度指令を補正する。これらのステップを所定の期間で繰り返し行うことで、均一な照射光量でのレーザアニールを行うことができるようになる。

＜３．具体例＞
［レーザアニール装置の制御部の具体例］
図９は、本実施形態に係るレーザアニール装置の制御部の具体例を説明するブロック図である。制御部３０は、信号の入出力コントローラと、入力信号および指令を記憶する記憶部とを備えている。図９に示す制御部３０では、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースを介してパーソナルコンピュータＰＣに接続されており、制御部３０から入力信号を送り、パーソナルコンピュータＰＣで演算した結果である指令を受けて記憶する構成となっている。なお、パーソナルコンピュータＰＣを介さず、制御部３０に演算部が設けられた構成でもよい。

制御部３０は、反射光量検出器および反射光位置検出器から送られる信号を入力するコントローラＣＮＴ１を備えている。反射光量検出器で検出した反射光量検出値（単に、「反射光量」と言う。）に基づく電気信号はアンプＡＭＰ１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１でデジタル信号に変換される。制御部３０は、コントローラＣＮＴ１を介して反射光量に応じたデジタル信号を入力し、記憶部であるＦＩＦＯ（First-In First-Out）１に格納する。

また、反射光位置検出器で検出したレーザ光の照射位置に基づく電気信号（反射光位置検出値）はアンプＡＭＰ２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２でデジタル信号に変換される。制御部３０は、コントローラＣＮＴ２を介してレーザ光の照射位置に応じたデジタル信号を入力し、記憶部であるＦＩＦＯ２に格納する。

反射光量検出器および反射光位置検出器での検出タイミングは、パーソナルコンピュータＰＣから送られる指示に基づき動作するカウンタによって設定される。カウンタは、パーソナルコンピュータＰＣから送られるパラメータ設定の値によってカウント動作を実行し、所定のカウント毎にサンプリング開始の指示をコントローラＣＮＴ１に与える。コントローラＣＮＴ１は、サンプリング開始の指示を受けて、反射光量検出器および反射光位置検出器での検出値を取り込むことになる。

ＦＩＦＯ１、ＦＩＦＯ２に格納された反射光量に応じたデジタル信号および照射位置に応じたデジタル信号は、ＵＳＢインタフェースを介してパーソナルコンピュータＰＣに送られる。パーソナルコンピュータＰＣは、制御部３０から送られてきたデジタル信号に基づき、予め設定されている基準値との比較演算を行う。そして、この比較演算の結果、ＡＯＤへ与える回折強度指令およびスキャン角度指令の補正値を求め、制御部３０へ転送する。この補正値は、制御部３０から送られてきた反射光量および照射位置に応じた信号と一定の基準値との差が予め設定された許容範囲内に収まる値である。基準値や許容範囲はユーザがパーソナルコンピュータＰＣで設定することができる。

制御部３０は、パーソナルコンピュータＰＣから送られる回折強度指令およびスキャン角度指令の補正値を記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）１〜ＲＡＭ４に記憶する。制御部３０には、複数のＲＡＭが設けられている。図９に示す例では、４つのＲＡＭ１〜ＲＡＭ４が設けられている。このうちＲＡＭ１〜３は、レーザ光の照射光量を設定する回折強度指令を記憶する。また、ＲＡＭ４は、走査速度を設定するスキャン角度指令を記憶する。

ＲＡＭ１〜３には、所定の走査回数ごとにサンプリングした反射光量および照射位置に応じた信号に基づく回折強度指令の補正値が記憶される。ここでは所定の走査回数ごとにサンプリングを行っているが、レーザ光の所定の照射領域ごとにサンプリングを行うようにしてもよい。

３つのＲＡＭ１〜ＲＡＭ３がある場合、３箇所分のサンプリングに基づく回折強度指令の補正値がそれぞれのＲＡＭ１〜ＲＡＭ３に記憶される。なお、さらに多くのサンプリング箇所に対応した補正値を記憶したい場合には、さらに多くのＲＡＭを用意すればよい。

このＲＡＭ１〜３に記憶される各回折強度指令の補正値と、ＲＡＭ４に記憶されるスキャン角度指令の補正値との組みによって、制御部３０はＡＯＤによる照射強度および走査速度の制御を行う。各組みの補正値をどのように用いるかは、パーソナルコンピュータＰＣで設定したパラメータによって決定される。例えば、全ての組みの補正値の平均を用いたり、順次記憶する補正値のうち直近のものを用いたりする。また、各ＲＡＭ１〜ＲＡＭ３のサンプリング箇所と対応する位置で同じ値を用いたりする。

パーソナルコンピュータＰＣは、制御部３０にレベルデータを送り、どの組みの補正値を用いるか指示する。また、パーソナルコンピュータＰＣは、制御部３０のコントローラＣＮＴ２にＳｔａｒｔ／Ｓｔｏｐ信号や休止信号を送る。コントローラＣＮＴ２にＳｔａｒｔの信号が送られた場合、レベルデータによって指定されたＲＡＭの補正値が読み出され、コントローラＣＮＴ２を介して回折強度指令およびスキャン角度指令が出力される。

コントローラＣＮＴ２から出力される回折強度指令はＤ／Ａ変換器Ｄ／Ａ１によってアナログ信号に変換され、アンプＡＭＰ３で増幅された後、ＡＯＤへ送られる。また、コントローラＣＮＴ２から出力されるスキャン角度指令はＤ／Ａ変換器Ｄ／Ａ２によってアナログ信号に変換され、アンプＡＭＰ４で増幅された後、ＡＯＤへ送られる。

このような制御部３０は、コントローラＣＮＴ１、ＣＮＴ２、ＲＡＭ１〜ＲＡＭ４、カウンタがＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって構成されている。これにより、パーソナルコンピュータＰＣからの各種パラメータ設定によって、反射光量やスキャン位置の検出タイミング、ＲＡＭのデータの選択、回折強度指令やスキャン角度指令の送出タイミングを決定することができる。

［レーザアニール方法の具体例：スキャン角度補正］
図１０は、スキャン角度の補正の流れを説明するフローチャートである。先ず、レーザ光の走査（スキャン）の開始指示があると（ステップＳ１０１）、ＦＩＦＯである記憶部をクリアし（ステップＳ１０２）、スキャンを開始する（ステップＳ１０３）。

次に、反射光位置検出器で検出した信号をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、ＦＩＦＯである記憶部に保存する（ステップＳ１０４）。次に、記憶部に保存して信号をパーソナルコンピュータへ転送する（ステップＳ１０５）。この反射光位置検出器で検出した信号のサンプリングおよびパーソナルコンピュータへの転送が所定のサンプリング数終了したら（ステップＳ１０６）、スキャンを停止する（ステップＳ１０７）。スキャンを停止している間、パーソナルコンピュータで基準値との比較演算を行い、許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。

許容範囲内であれば現在のスキャン角度指令の値を維持し、許容範囲内でなければ許容範囲に収まるよう補正値を算出し、対象のＲＡＭを選択して（ステップＳ１０９）、補正データをパーソナルコンピュータから受け取る（ステップＳ１１０）。制御部がパーソナルコンピュータから補正値を受け取った場合には、選択したＲＡＭの内容を補正値に書き替える。

初期値として上記のようなスキャン角度の補正値の設定を行う場合は、シリコン単結晶基板を用いて取り込むのが望ましい。シリコン単結晶基板であれば、レーザ光照射による結晶化が行われないことから、反射光を用いて正確にスキャン角度の補正を行うことができるからである。また、初期値を取り込んだ後は、実際に非晶質膜のレーザアニール時に所定の走査回数ごとに取り込んで、スキャン角度の補正値の更新を行う。

［レーザアニール方法の具体例：アニール時の補正処理］
図１１は、照射光量の補正の流れを説明するフローチャートである。先ず、レーザ光のスキャンの開始指示があると（ステップＳ２０１）、ＦＩＦＯである記憶部をクリアし（ステップＳ２０２）、回折強度指令（照射光量）の補正用の複数のＲＡＭのうちいずれを対象としているかの判別を行う（ステップＳ２０３）。この判別は、パーソナルコンピュータから送られるレベルデータによって行う。

次に、スキャンを開始する（ステップＳ２０４）。そして、反射光量検出器で検出した信号をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、ＦＩＦＯである記憶部に保存する（ステップＳ２０５）。その後、ＦＩＦＯに記憶したデジタル信号をパーソナルコンピュータに転送する（ステップＳ２０６）。この処理を所定のサンプリング数終了するまで繰り返す（ステップＳ２０７）。

次に、所定のスキャン回数だけインターバルをおく（ステップＳ２０８）。インターバルをおいた後は、スキャンが停止しているか否かを判断する（ステップＳ２０９）。そして、スキャンが停止していなければ、次のＲＡＭの判別、反射光量検出器で検出した信号のサンプリング、Ａ／Ｄ変換器で変換したデジタル信号のＦＩＦＯである記憶部への保存、パーソナルコンピュータへの転送をサンプリング数繰り返す（ステップＳ２０３〜２０７）。そして、この処理をＲＡＭの個数分繰り返す。

その後、スキャンが停止した際（ステップＳ２１０）、ＦＩＦＯのデータの送信が完了しているか否かを判断する（ステップＳ２１１）。そして、パーソナルコンピュータでは、転送された信号と基準値との比較演算を行い、許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２１２）。許容範囲内であれば現在の回折強度指令の値を維持し、許容範囲内でなければ許容範囲に収まるよう補正値を算出し、補正対象のＲＡＭを選択し（ステップＳ２１３）、補正データをパーソナルコンピュータから受け取る（ステップＳ２１４）。制御部がパーソナルコンピュータから補正値を受け取った場合には、選択したＲＡＭの内容を補正値に書き替える。

また、反射光量検出器でレーザ光の反射光量を検出すると同時、反射光位置検出器でレーザ光の照射位置を検出し、図１０に示すフローチャートの処理と同様にＲＡＭ４の値を更新してもよい。

図１２は、補正動作のタイミングを説明する図である。この図では、基板のＸ軸方向の移動ステップを横方向にとり、その間のデータの処理を四角枠で示している。この例では、基板のＸ軸方向の移動レンジとして６０ｍｍを単位としている。すなわち、レーザ光のスキャン領域として、スキャン幅×６０ｍｍのエリアを１つの単位とし、この単位でスキャンが終了したら、次のエリアへ移動するためステージのステップ（必要なＸ，Ｙ方向のスライド）を行っている。

レーザ光の照射光量および走査速度の補正のためのサンプリングは、１つのエリア内で所定のインターバルをおいた複数箇所で行っている。この複数箇所でサンプリングした反射光量検出器の信号による補正値が複数のＲＡＭに各々保存される。図１２に示す例では、１つのエリア内でインターバルをおいた３箇所でサンプリングを行っている。

また、スキャン角度指令の補正値は、初期値として取り込みＲＡＭ４に保存された値を用いても、また、各エリアのスキャンにおけるサンプリング期間で反射光位置検出器にて取り込んだ信号から補正値を求め、ＲＡＭ４に保存する補正値を更新してもよい。

図１２に示す例では、初期値として取り込みＲＡＭ４に保存された値を参照している。また、１つのエリア内における複数箇所でのサンプリングが終了したら、次のエリアにステージが移動するまでの期間、アニール処理すなわちレーザ光照射は停止している。この間でサンプリングしたデータをパーソナルコンピュータへ転送する。そして、パーソナルコンピュータで演算した各サンプリング箇所に対応した回折強度指令の補正値がＲＡＭ１〜３に転送される。

この補正値は、次のエリアでのスキャンすなわちアニール処理を開始する際、ＲＡＭ４の補正値とともに読み込まれる。例えば、次のエリアを３つに分割し、最初の分割領域ではＲＡＭ１とＲＡＭ４との補正値の組みを用い、次の分割領域ではＲＡＭ２とＲＡＭ４との補正値の組みを用い、最後の分割領域ではＲＡＭ３とＲＡＭ４との補正値の組みを用いる。これにより、エリア内の位置によるレーザ光量および走査角度のバラツキを的確に抑制できるようになる。

本実施形態によれば、非晶質膜のアニールにおいて、常時、最適かつ均一な結晶品質を安定して得ることが可能となる。特に、本実施形態では、レーザ光源のマルチヘッド化（あるいはマルチビーム化）対応において、異なるヘッド間で形成される結晶品質のバラツキを低減することが可能になる。また、最適な結晶品質を得るためのレーザ照射に関するパラメータ条件の探索時間が大幅に短縮される。

さらに、均一な結晶化を図ることができ、レーザアニールによって製造される製品の定量的な品質管理を行うことが可能となる。本実施形態によれば、例えば数ヶ月要していたアニール条件の決定を、数分から数時間で決定することが可能となる。

特に、本実施形態では、大面積の液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置といったアプリケーションにおけるＴＦＴスイッチング素子のバラツキを抑制する技術として有効である。

本実施形態に係るレーザアニール装置の一例を説明する構成図である。 従来技術によるレーザ光照射後の基板表面の状態を示す図である。 従来技術によるレーザ光照射中の反射光量と反射光位置検出信号、回折強度指令およびスキャン角度指令を示す図である。 本実施形態のレーザアニール装置でレーザ光照射した後の基板表面の状態を示す図である。 本実施形態のレーザアニール装置におけるレーザ光照射中の反射光量と反射光位置検出信号、回折強度指令およびスキャン角度指令を示す図である。 レーザ光照射中のビームスポットの状態を示す模式図である。 本実施形態に係るレーザアニール方法の概略を説明するフローチャートである。 スキャン角度指令とスキャン角度との関係を示す図である。 本実施形態に係るレーザアニール装置の制御部の具体例を説明するブロック図である。 スキャン角度の補正の流れを説明するフローチャートである。 照射光量の補正の流れを説明するフローチャートである。 補正動作のタイミングを説明する図である。

符号の説明

１…レーザアニール装置、１０…基板、２０…ステージ、３０…制御部、５０…フォーカス用光学系、Ｌ１…対物レンズ、ＰＤ…反射光量検出器、ＰＳＤ…反射光位置検出器

Claims (3)

1. 基板上の非晶質膜にレーザ光を走査しながら照射して結晶化を図る工程と、
   前記レーザ光の照射および走査を行いながら前記基板からの前記レーザ光の反射光量および前記レーザ光の走査速度を検出する工程と、
   前記レーザ光の反射光量および前記レーザ光の走査速度と予め設定された基準のレーザ光の光量およびレーザ光の走査速度との比較を行い、前記レーザ光の反射光量および前記レーザ光の走査速度が基準のレーザ光の光量およびレーザ光の走査速度と異なる場合、前記レーザ光の照射量および前記レーザ光の走査速度を、前記レーザ光の反射光量および前記レーザ光の走査速度が基準のレーザ光の光量およびレーザ光の走査速度となるように制御する工程、
   とを有するレーザアニール方法。
2. 前記レーザ光の反射光量および前記レーザ光の走査速度と予め設定された基準との比較は、所定の走査回数ごとに行い、当該所定の走査回数ごとに行った複数の比較結果を用いて前記レーザ光の照射量および走査速度の制御を行う請求項１記載のレーザアニール方法。
3. レーザ光源から出射され、基板上の非晶質膜に照射するレーザ光の照射光量および走査速度を調整する変調部と、
   前記変調部を介して走査されるレーザ光の走査位置を検出する走査位置検出部と、
   前記基板からの前記レーザ光の反射光量を検出する反射光量検出部と、
   前記走査位置検出部で検出したレーザ光の走査位置から演算される走査速度と予め設定された基準とを比較するとともに、前記反射光量検出部で検出したレーザ光の反射光量と予め設定された基準とを比較して、前記レーザ光の反射光量および前記走査速度が基準のレーザ光の光量およびレーザ光の走査速度と異なる場合、前記変調部で調整する前記レーザ光の光量および走査速度を、前記レーザ光の反射光量および前記走査速度が基準のレーザ光の光量およびレーザ光の走査速度となるように制御する制御部、
   とを有するレーザアニール装置。

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