JP2003332400A - 半導体薄膜用の移動度算出方法及び装置、結晶化レーザアニール方法及び装置 - Google Patents
半導体薄膜用の移動度算出方法及び装置、結晶化レーザアニール方法及び装置Info
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体薄膜の移動度をインプロセスでも高い精
度でモニタリングすること。 【解決手段】 移動度モニタ部３４は、アニール用レー
ザ照射位置ＰAの下流側で基板搬送路の上方に配置され
た発光部３６および反射光受光部３８と、基板搬送路の
下方に配置された透過光受光部４０と、両受光部３８，
４０の出力信号から被測定対象の半導体薄膜（多結晶Ｓ
ｉ膜）の移動度を算出する移動度算出部４２とを有す
る。プロセス制御部４４は、移動度モニタ部３４からの
モニタ結果（移動度）に基づいて装置内の各部を制御
し、特にレーザ光源２６や基板搬送部等におけるプロセ
スパラメータを制御する。
度でモニタリングすること。 【解決手段】 移動度モニタ部３４は、アニール用レー
ザ照射位置ＰAの下流側で基板搬送路の上方に配置され
た発光部３６および反射光受光部３８と、基板搬送路の
下方に配置された透過光受光部４０と、両受光部３８，
４０の出力信号から被測定対象の半導体薄膜（多結晶Ｓ
ｉ膜）の移動度を算出する移動度算出部４２とを有す
る。プロセス制御部４４は、移動度モニタ部３４からの
モニタ結果（移動度）に基づいて装置内の各部を制御
し、特にレーザ光源２６や基板搬送部等におけるプロセ
スパラメータを制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜の移動
度を算出する技術およびアモルファスＳｉ膜をレーザで
再結晶化して多結晶Ｓｉ膜を形成する技術に関する。
度を算出する技術およびアモルファスＳｉ膜をレーザで
再結晶化して多結晶Ｓｉ膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
における薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の材料として多結
晶Ｓｉ膜が実用化されている。多結晶Ｓｉ膜の移動度は
数十〜１００ｃｍ2／Ｖ・ｓあるいはそれ以上で、アモ
ルファスＳｉ膜の移動度よりも桁違いに高いため、高速
動作を必要とする大画面ディスプレイに適しており、周
辺駆動回路もＳｉＴＦＴの形態でディスプレイ基板上に
搭載可能である。多結晶Ｓｉ膜の製造プロセスには高温
プロセスと低温プロセスとがある。高温プロセスは耐熱
温度の高い石英基板を必要とする。このため、ガラス基
板を使用できる低温プロセスの発展が期待されており、
中でもアモルファスＳｉ膜をレーザで溶融再結晶化させ
て多結晶Ｓｉ膜を形成する結晶化レーザアニール法が注
目されている。
における薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の材料として多結
晶Ｓｉ膜が実用化されている。多結晶Ｓｉ膜の移動度は
数十〜１００ｃｍ2／Ｖ・ｓあるいはそれ以上で、アモ
ルファスＳｉ膜の移動度よりも桁違いに高いため、高速
動作を必要とする大画面ディスプレイに適しており、周
辺駆動回路もＳｉＴＦＴの形態でディスプレイ基板上に
搭載可能である。多結晶Ｓｉ膜の製造プロセスには高温
プロセスと低温プロセスとがある。高温プロセスは耐熱
温度の高い石英基板を必要とする。このため、ガラス基
板を使用できる低温プロセスの発展が期待されており、
中でもアモルファスＳｉ膜をレーザで溶融再結晶化させ
て多結晶Ｓｉ膜を形成する結晶化レーザアニール法が注
目されている。
【０００３】結晶化レーザアニール法は、一般にエキシ
マレーザを使用し、長尺状またはライン状のレーザビー
ムをガラス基板上のアモルファスＳｉ膜に照射して、Ｓ
ｉ膜を瞬間的に溶融させ、冷却過程で結晶化させる。基
板をレーザビーム長方向と直交する方向に移動させるこ
とで、アモルファスＳｉ膜の全面を多結晶Ｓｉ膜に転換
することができる。結晶化に際して多結晶Ｓｉ膜の粒界
特性を改善するために、レーザビームの照射と併せて磁
場を印加することも行われている。
マレーザを使用し、長尺状またはライン状のレーザビー
ムをガラス基板上のアモルファスＳｉ膜に照射して、Ｓ
ｉ膜を瞬間的に溶融させ、冷却過程で結晶化させる。基
板をレーザビーム長方向と直交する方向に移動させるこ
とで、アモルファスＳｉ膜の全面を多結晶Ｓｉ膜に転換
することができる。結晶化に際して多結晶Ｓｉ膜の粒界
特性を改善するために、レーザビームの照射と併せて磁
場を印加することも行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなレーザア
ニール法で形成される多結晶Ｓｉ膜は、結晶粒の大きさ
によって移動度が異なる。一般に粒径が大きいほど移動
度が大きくなり、０．３μｍの粒径で１００ｃｍ2／Ｖ
・ｓ以上の移動度が得られ、１．５μｍ程度の粒径にな
るとｎ型ＴＦＴでは２００ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上の移動度
が得られる。多結晶Ｓｉ膜の移動度はＴＦＴの動作速度
を決定する重要な特性値であるから、ＴＦＴ製造工程の
中で管理される必要がある。しかしながら、従来は、多
結晶Ｓｉ膜の移動度をin-situまたはインプロセスで高
精度に測定または算出できる非接触式の移動度モニタリ
ング技術がなかった。
ニール法で形成される多結晶Ｓｉ膜は、結晶粒の大きさ
によって移動度が異なる。一般に粒径が大きいほど移動
度が大きくなり、０．３μｍの粒径で１００ｃｍ2／Ｖ
・ｓ以上の移動度が得られ、１．５μｍ程度の粒径にな
るとｎ型ＴＦＴでは２００ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上の移動度
が得られる。多結晶Ｓｉ膜の移動度はＴＦＴの動作速度
を決定する重要な特性値であるから、ＴＦＴ製造工程の
中で管理される必要がある。しかしながら、従来は、多
結晶Ｓｉ膜の移動度をin-situまたはインプロセスで高
精度に測定または算出できる非接触式の移動度モニタリ
ング技術がなかった。
【０００５】また、従来の結晶化レーザアニール法で
は、アモルファスＳｉ膜の吸収率が高いという理由から
波長２４８ｎｍまたは３０８ｎｍのエキシマレーザ光を
採用している。しかしながら、そのような波長領域のエ
キシマレーザ光は、アモルファスＳｉ膜に完全に吸収さ
れないときは、ガラス基板に入射して基板の溶融または
損傷を来すおそれがある。最近の基板はますます薄型・
大型化して割れやすくなっており、基板へのダメージを
避けつつ効率良く多結晶Ｓｉ膜を形成できる結晶化レー
ザアニール技術が求められている。
は、アモルファスＳｉ膜の吸収率が高いという理由から
波長２４８ｎｍまたは３０８ｎｍのエキシマレーザ光を
採用している。しかしながら、そのような波長領域のエ
キシマレーザ光は、アモルファスＳｉ膜に完全に吸収さ
れないときは、ガラス基板に入射して基板の溶融または
損傷を来すおそれがある。最近の基板はますます薄型・
大型化して割れやすくなっており、基板へのダメージを
避けつつ効率良く多結晶Ｓｉ膜を形成できる結晶化レー
ザアニール技術が求められている。
【０００６】一方で、上記のような波長領域のエキシマ
レーザ光においては、アモルファスＳｉが溶けた後の反
射率つまり液化Ｓｉの反射率が高くなってレーザエネル
ギーが中に浸透しなくなり、Ｓｉ膜の深層まで十全に溶
融させるのが難しいという問題もある。
レーザ光においては、アモルファスＳｉが溶けた後の反
射率つまり液化Ｓｉの反射率が高くなってレーザエネル
ギーが中に浸透しなくなり、Ｓｉ膜の深層まで十全に溶
融させるのが難しいという問題もある。
【０００７】また、従来の結晶化レーザアニール法にお
ける磁場の印加方法は、結晶粒の結晶方位を揃えたり、
粒界特性を改善するのには有効であるものの、大掛かり
な磁界発生装置を必要とするうえ、結晶の粗粒化を効率
よく実現するのが難しいという問題がある。
ける磁場の印加方法は、結晶粒の結晶方位を揃えたり、
粒界特性を改善するのには有効であるものの、大掛かり
な磁界発生装置を必要とするうえ、結晶の粗粒化を効率
よく実現するのが難しいという問題がある。
【０００８】本発明は、上記のような従来技術の問題点
に鑑みてなされたものであり、半導体薄膜の移動度をイ
ンプロセスでも高い精度でモニタリングできる非接触式
の半導体薄膜用の移動度算出方法および装置を提供する
ことを目的とする。
に鑑みてなされたものであり、半導体薄膜の移動度をイ
ンプロセスでも高い精度でモニタリングできる非接触式
の半導体薄膜用の移動度算出方法および装置を提供する
ことを目的とする。
【０００９】本発明の別の目的は、インプロセスで半導
体薄膜の移動度をフィードバックして高精度なプロセス
制御を行えるようにした半導体製造装置を提供すること
にある。
体薄膜の移動度をフィードバックして高精度なプロセス
制御を行えるようにした半導体製造装置を提供すること
にある。
【００１０】本発明の別の目的は、ガラス基板にダメー
ジを与えずにアモルファスＳｉ膜を良好に溶融再結晶化
させて信頼性の高い多結晶Ｓｉ膜を得るようにした結晶
化レーザアニール方法を提供することにある。
ジを与えずにアモルファスＳｉ膜を良好に溶融再結晶化
させて信頼性の高い多結晶Ｓｉ膜を得るようにした結晶
化レーザアニール方法を提供することにある。
【００１１】本発明の別の目的は、Ｓｉ膜の表面が溶融
または液化した後もレーザエネルギーが深層まで及ぶよ
うにしてＳｉ膜全体を十全に溶融させ、膜質の良好な多
結晶Ｓｉ膜を得るようにした結晶化レーザアニール方法
を提供することにある。
または液化した後もレーザエネルギーが深層まで及ぶよ
うにしてＳｉ膜全体を十全に溶融させ、膜質の良好な多
結晶Ｓｉ膜を得るようにした結晶化レーザアニール方法
を提供することにある。
【００１２】本発明の他の目的は、効率的な磁場印加法
により多結晶Ｓｉ膜の結晶粗粒化を改善することができ
る結晶化レーザアニール方法および装置を提供すること
にある。
により多結晶Ｓｉ膜の結晶粗粒化を改善することができ
る結晶化レーザアニール方法および装置を提供すること
にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体薄膜用の移動度算出方法は、基板
上に形成された半導体薄膜に所定の波長を有する光ビー
ムを照射して反射率および透過率を測定する工程と、前
記反射率および透過率に基づいて所定の演算式から前記
半導体薄膜の移動度を求める工程とを有する。
めに、本発明の半導体薄膜用の移動度算出方法は、基板
上に形成された半導体薄膜に所定の波長を有する光ビー
ムを照射して反射率および透過率を測定する工程と、前
記反射率および透過率に基づいて所定の演算式から前記
半導体薄膜の移動度を求める工程とを有する。
【００１４】また、本発明の半導体薄膜用の移動度算出
装置は、基板上に形成された半導体薄膜に所定の波長を
有する光ビームを照射する光ビーム照射手段と、前記半
導体薄膜からの前記光ビームに対応する反射光を受光し
て反射率を測定する反射率測定手段と、前記半導体薄膜
からの前記光ビームに対応する透過光を受光して透過率
を測定する透過率測定手段と、前記反射率および透過率
に基づいて前記半導体薄膜の移動度を演算で求める移動
度演算手段とを有する。
装置は、基板上に形成された半導体薄膜に所定の波長を
有する光ビームを照射する光ビーム照射手段と、前記半
導体薄膜からの前記光ビームに対応する反射光を受光し
て反射率を測定する反射率測定手段と、前記半導体薄膜
からの前記光ビームに対応する透過光を受光して透過率
を測定する透過率測定手段と、前記反射率および透過率
に基づいて前記半導体薄膜の移動度を演算で求める移動
度演算手段とを有する。
【００１５】本発明の移動度算出方法および移動度算出
装置では、半導体薄膜について光ビームを用いて反射率
および透過率を測定し、演算によって移動度を算出する
ので、インプロセスで非接触式の移動度モニタリングを
行うことができる。
装置では、半導体薄膜について光ビームを用いて反射率
および透過率を測定し、演算によって移動度を算出する
ので、インプロセスで非接触式の移動度モニタリングを
行うことができる。
【００１６】本発明において、モニタ対象となる半導体
薄膜が多結晶Ｓｉ膜であるときは、光ビームの波長は
０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内が好適であり、０．３
μｍ近傍が最も好適である。
薄膜が多結晶Ｓｉ膜であるときは、光ビームの波長は
０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内が好適であり、０．３
μｍ近傍が最も好適である。
【００１７】本発明の半導体製造装置は、基板上に半導
体薄膜を形成する半導体薄膜形成手段と、前記半導体薄
膜の移動度を算出する本発明の移動度算出装置と、前記
移動度算出装置より得られる移動度に応じて前記半導体
薄膜形成手段における所定のプロセスパラメータを制御
するプロセス制御手段とを有する。かかる構成において
は、本発明の移動度算出装置によりインプロセスで求め
た移動度をプロセス制御にフィードバックするので、半
導体薄膜製造工程の管理を改善することができる。
体薄膜を形成する半導体薄膜形成手段と、前記半導体薄
膜の移動度を算出する本発明の移動度算出装置と、前記
移動度算出装置より得られる移動度に応じて前記半導体
薄膜形成手段における所定のプロセスパラメータを制御
するプロセス制御手段とを有する。かかる構成において
は、本発明の移動度算出装置によりインプロセスで求め
た移動度をプロセス制御にフィードバックするので、半
導体薄膜製造工程の管理を改善することができる。
【００１８】本発明の第１の結晶化レーザアニール方法
は、基板上に形成された半導体薄膜をレーザ光の照射に
より溶融し、冷却過程で結晶化させて多結晶Ｓｉ膜にす
る結晶化レーザアニール方法において、前記レーザ光が
溶融状態の前記半導体薄膜におけるプラズマ振動数に対
応する波長の近傍またはそれよりも短い波長を有する。
この方法においては、半導体薄膜がレーザエネルギーに
より溶けて液化すると、レーザエネルギーの吸収性が一
段と増すことにより、深層まで十全に溶融させることが
できる。
は、基板上に形成された半導体薄膜をレーザ光の照射に
より溶融し、冷却過程で結晶化させて多結晶Ｓｉ膜にす
る結晶化レーザアニール方法において、前記レーザ光が
溶融状態の前記半導体薄膜におけるプラズマ振動数に対
応する波長の近傍またはそれよりも短い波長を有する。
この方法においては、半導体薄膜がレーザエネルギーに
より溶けて液化すると、レーザエネルギーの吸収性が一
段と増すことにより、深層まで十全に溶融させることが
できる。
【００１９】本発明の第２の結晶化レーザアニール方法
は、ガラス基板上に形成された半導体薄膜をレーザ光の
照射により溶融し、冷却過程で結晶化させて多結晶Ｓｉ
膜にする結晶化レーザアニール方法において、前記レー
ザ光が０．４μｍ〜１．０μｍの範囲内の波長を有す
る。この方法においては、レーザ光が半導体薄膜を通っ
てガラス基板に入射しても殆どまたは少ししか吸収され
ないので、ガラス基板が悪影響を受けるおそれはない。
は、ガラス基板上に形成された半導体薄膜をレーザ光の
照射により溶融し、冷却過程で結晶化させて多結晶Ｓｉ
膜にする結晶化レーザアニール方法において、前記レー
ザ光が０．４μｍ〜１．０μｍの範囲内の波長を有す
る。この方法においては、レーザ光が半導体薄膜を通っ
てガラス基板に入射しても殆どまたは少ししか吸収され
ないので、ガラス基板が悪影響を受けるおそれはない。
【００２０】本発明の第３の結晶化レーザアニール方法
は、基板上に形成された半導体薄膜に磁場を印加しなが
ら線状の横断面を有するレーザ光を照射して、前記半導
体薄膜のレーザ照射部分を溶かし、前記レーザ照射部分
が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移動するように
前記レーザ光に対して相対的に前記基板を移動させて、
前記半導体薄膜を全面的に溶融再結晶化させる結晶化レ
ーザアニール方法において、前記半導体薄膜のレーザ被
照射部分と再結晶化部分との境界付近に比較的強い磁場
を与えるとともに前記半導体薄膜のレーザ照射部分とレ
ーザ未照射部分との境界付近の磁場を弱くする。
は、基板上に形成された半導体薄膜に磁場を印加しなが
ら線状の横断面を有するレーザ光を照射して、前記半導
体薄膜のレーザ照射部分を溶かし、前記レーザ照射部分
が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移動するように
前記レーザ光に対して相対的に前記基板を移動させて、
前記半導体薄膜を全面的に溶融再結晶化させる結晶化レ
ーザアニール方法において、前記半導体薄膜のレーザ被
照射部分と再結晶化部分との境界付近に比較的強い磁場
を与えるとともに前記半導体薄膜のレーザ照射部分とレ
ーザ未照射部分との境界付近の磁場を弱くする。
【００２１】また、本発明の結晶化レーザアニール装置
は、基板上に形成された半導体薄膜に線状の横断面を有
するレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記半導体
薄膜において前記レーザ光の照射を受けるレーザ照射部
分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移動するよう
に前記レーザ光に対して前記基板を相対的に移動させる
走査手段と、前記半導体薄膜のレーザ照射部分と再結晶
化部分との境界付近に比較的強い磁場を与えるとともに
前記半導体薄膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分と
の境界付近に弱い磁場を与える磁場印加手段とを有す
る。
は、基板上に形成された半導体薄膜に線状の横断面を有
するレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記半導体
薄膜において前記レーザ光の照射を受けるレーザ照射部
分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移動するよう
に前記レーザ光に対して前記基板を相対的に移動させる
走査手段と、前記半導体薄膜のレーザ照射部分と再結晶
化部分との境界付近に比較的強い磁場を与えるとともに
前記半導体薄膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分と
の境界付近に弱い磁場を与える磁場印加手段とを有す
る。
【００２２】上記第３の結晶化レーザアニール方法また
は結晶化レーザアニール装置によれば、再結晶化が行わ
れる方の凝固界面付近には強い磁場を印加して溶融部の
渦の発生を抑制する一方で、溶融開始が行われる方の凝
固界面付近の磁場を弱くして溶融部の渦の発生を許容す
る。これにより、半導体薄膜の溶融再結晶化に対する磁
場の作用効果を向上させることができる。
は結晶化レーザアニール装置によれば、再結晶化が行わ
れる方の凝固界面付近には強い磁場を印加して溶融部の
渦の発生を抑制する一方で、溶融開始が行われる方の凝
固界面付近の磁場を弱くして溶融部の渦の発生を許容す
る。これにより、半導体薄膜の溶融再結晶化に対する磁
場の作用効果を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
好適な実施形態を説明する。
好適な実施形態を説明する。
【００２４】図１に、本発明の一実施形態によるＴＦＴ
−ＬＣＤ用低温多結晶Ｓｉ膜製造装置のシステム構成を
示す。このシステムは、クラスタ方式を採用しており、
中央プラットホームとして機能するトランスファチャン
バ１０の周りに、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２、レ
ーザアニール装置１４，１６、絶縁膜ＣＶＤ装置１８お
よびロードロック室またはカセットチャンバ２０，２２
を配置している。トランスファチャンバ１０はゲートバ
ルブ２４を介して各装置または各チャンバ（１２〜２
２）と連通可能になっている。各チャンバまたは各装置
（１０〜２２）の室内が独立的に所定の真空度で減圧空
間を形成ないし維持できるようになっている。カセット
チャンバ２０，２２は被処理基板たとえばガラス基板の
搬入出時に大気圧に開放可能となっており、必要に応じ
て不活性ガスの雰囲気も形成可能となっている。
−ＬＣＤ用低温多結晶Ｓｉ膜製造装置のシステム構成を
示す。このシステムは、クラスタ方式を採用しており、
中央プラットホームとして機能するトランスファチャン
バ１０の周りに、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２、レ
ーザアニール装置１４，１６、絶縁膜ＣＶＤ装置１８お
よびロードロック室またはカセットチャンバ２０，２２
を配置している。トランスファチャンバ１０はゲートバ
ルブ２４を介して各装置または各チャンバ（１２〜２
２）と連通可能になっている。各チャンバまたは各装置
（１０〜２２）の室内が独立的に所定の真空度で減圧空
間を形成ないし維持できるようになっている。カセット
チャンバ２０，２２は被処理基板たとえばガラス基板の
搬入出時に大気圧に開放可能となっており、必要に応じ
て不活性ガスの雰囲気も形成可能となっている。
【００２５】トランスファチャンバ１０内には、周囲の
各装置または各チャンバ（１２〜２２）に出入り可能に
構成された回転可能かつ伸縮可能な搬送アームを有する
搬送装置（図示せず）が設けられている。このシステム
においては、該搬送装置がガラス基板をトランスファチ
ャンバ１０経由で各装置または各チャンバ（１２〜２
２）間を搬送することにより、外気に当てることなくイ
ンラインで低温プロセスによりガラス基板上に半導体薄
膜および絶縁膜を形成できるようになっている。
各装置または各チャンバ（１２〜２２）に出入り可能に
構成された回転可能かつ伸縮可能な搬送アームを有する
搬送装置（図示せず）が設けられている。このシステム
においては、該搬送装置がガラス基板をトランスファチ
ャンバ１０経由で各装置または各チャンバ（１２〜２
２）間を搬送することにより、外気に当てることなくイ
ンラインで低温プロセスによりガラス基板上に半導体薄
膜および絶縁膜を形成できるようになっている。
【００２６】このシステムにおける一連の工程（一例）
は次のとおりである。カセットチャンバ２０，２２のい
ずれか１つからトランスファチャンバ１０に搬出された
ガラス基板は、先ず絶縁膜ＣＶＤ装置１８に搬入され
る。このＣＶＤ装置１８では、ガラス基板上に下地膜と
して絶縁膜たとえばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法
または減圧ＣＶＤ法により所望の膜厚たとえば２００Å
の厚みに成膜する。こうして下地膜を形成されたガラス
基板は次にアモルファスＳｉＣＶＤ装置１２に移され
る。このＣＶＤ装置１２では、下地膜の上にプラズマＣ
ＶＤ法または減圧ＣＶＤ法によりアモルファスＳｉを所
望の膜厚たとえば５００Åの厚みに堆積する。しかる
後、ガラス基板はレーザアニール装置１４，１６のいず
れか１つに移される。レーザアニール装置１４（１６）
では、ガラス基板上のアモルファスＳｉ膜を結晶化レー
ザアニール法により溶融再結晶化させて多結晶Ｓｉ膜に
転換する。アニール装置１４（１６）内の構成および作
用は後に詳述する。結晶化レーザアニール工程を終えた
ガラス基板は、カセットチャンバ２０，２２の１つに移
送され、カセットに収容される。
は次のとおりである。カセットチャンバ２０，２２のい
ずれか１つからトランスファチャンバ１０に搬出された
ガラス基板は、先ず絶縁膜ＣＶＤ装置１８に搬入され
る。このＣＶＤ装置１８では、ガラス基板上に下地膜と
して絶縁膜たとえばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法
または減圧ＣＶＤ法により所望の膜厚たとえば２００Å
の厚みに成膜する。こうして下地膜を形成されたガラス
基板は次にアモルファスＳｉＣＶＤ装置１２に移され
る。このＣＶＤ装置１２では、下地膜の上にプラズマＣ
ＶＤ法または減圧ＣＶＤ法によりアモルファスＳｉを所
望の膜厚たとえば５００Åの厚みに堆積する。しかる
後、ガラス基板はレーザアニール装置１４，１６のいず
れか１つに移される。レーザアニール装置１４（１６）
では、ガラス基板上のアモルファスＳｉ膜を結晶化レー
ザアニール法により溶融再結晶化させて多結晶Ｓｉ膜に
転換する。アニール装置１４（１６）内の構成および作
用は後に詳述する。結晶化レーザアニール工程を終えた
ガラス基板は、カセットチャンバ２０，２２の１つに移
送され、カセットに収容される。
【００２７】なお、システムの各部および全体の動作を
制御するためにコントローラ（図示せず）が設けられて
いる。また、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２で成膜さ
れるアモルファスＳｉの膜中に水素が相当含まれる場合
は、脱水素化用のアニール装置（図示せず）も設けられ
てよい。
制御するためにコントローラ（図示せず）が設けられて
いる。また、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２で成膜さ
れるアモルファスＳｉの膜中に水素が相当含まれる場合
は、脱水素化用のアニール装置（図示せず）も設けられ
てよい。
【００２８】後述するように、このシステムでは、レー
ザアニール装置１４，１６で形成される多結晶Ｓｉ膜の
移動度について非接触式でin-situのモニタリングを行
い、不良品と判定した基板にインラインで結晶化レーザ
アニール工程を再実施できるようになっている。その場
合、当該アニール装置１４（１６）内で結晶化レーザア
ニール工程を繰り返してもよく、いったんトランスファ
チャンバ１０に搬出してから別のアニール装置１６（１
４）へ移して２度目の結晶化レーザアニール工程を行っ
てもよい。
ザアニール装置１４，１６で形成される多結晶Ｓｉ膜の
移動度について非接触式でin-situのモニタリングを行
い、不良品と判定した基板にインラインで結晶化レーザ
アニール工程を再実施できるようになっている。その場
合、当該アニール装置１４（１６）内で結晶化レーザア
ニール工程を繰り返してもよく、いったんトランスファ
チャンバ１０に搬出してから別のアニール装置１６（１
４）へ移して２度目の結晶化レーザアニール工程を行っ
てもよい。
【００２９】また、このシステムでは、各チャンバ、各
装置（１０〜２２）毎に独立的な処理空間、搬送空間ま
たは保管空間を形成できるだけでなく、カセットチャン
バ２０，２２を除いてシステム内の各部が外気からほぼ
完全に遮断されているため、ガラス基板やＳｉ膜上への
パーティクルの付着を可及的に防止することができる。
特に、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２におけるアモル
ファスＳｉ膜形成工程からレーザアニール装置１４（１
６）における結晶化レーザアニール工程つまり多結晶Ｓ
ｉ膜形成工程へインラインで安全かつ迅速に移行できる
ため、低温プロセス法の信頼性を保証することができ
る。
装置（１０〜２２）毎に独立的な処理空間、搬送空間ま
たは保管空間を形成できるだけでなく、カセットチャン
バ２０，２２を除いてシステム内の各部が外気からほぼ
完全に遮断されているため、ガラス基板やＳｉ膜上への
パーティクルの付着を可及的に防止することができる。
特に、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２におけるアモル
ファスＳｉ膜形成工程からレーザアニール装置１４（１
６）における結晶化レーザアニール工程つまり多結晶Ｓ
ｉ膜形成工程へインラインで安全かつ迅速に移行できる
ため、低温プロセス法の信頼性を保証することができ
る。
【００３０】図２に、この実施態様におけるレーザアニ
ール装置１４（１６）内の主要な構成と移動度モニタ部
およびプロセス制御部の構成を示す。
ール装置１４（１６）内の主要な構成と移動度モニタ部
およびプロセス制御部の構成を示す。
【００３１】レーザアニール装置１４（１６）は、結晶
化レーザアニールを実施するために、結晶化アニール用
のレーザビームＬＡを発生するレーザ光源２６と、被処
理基板としてのガラス基板Ｇを一定方向たとえば水平方
向に一定の速度で搬送する基板搬送部（図示せず）と、
レーザ光源２６からのレーザビームＬＡを矩形状または
線状横の横断面を有するビームに成形または変換して搬
送途上のガラス基板Ｇの上面に導くレーザ光学系２８
と、少なくとも後述するアニール用レーザ照射位置ＰA
付近に磁場を形成する磁場形成部（図示せず）とを備え
ている。
化レーザアニールを実施するために、結晶化アニール用
のレーザビームＬＡを発生するレーザ光源２６と、被処
理基板としてのガラス基板Ｇを一定方向たとえば水平方
向に一定の速度で搬送する基板搬送部（図示せず）と、
レーザ光源２６からのレーザビームＬＡを矩形状または
線状横の横断面を有するビームに成形または変換して搬
送途上のガラス基板Ｇの上面に導くレーザ光学系２８
と、少なくとも後述するアニール用レーザ照射位置ＰA
付近に磁場を形成する磁場形成部（図示せず）とを備え
ている。
【００３２】レーザ光源２６は、たとえばエキシマレー
ザ装置からなり、所定のパルス幅、パルスエネルギーお
よび所定の繰り返し周波数を有するパルスレーザビーム
ＬＡを水平方向に出射する。レーザ光学系２８は、レー
ザ光源２６からのレーザビームＬＡを水平方向（図の紙
面に垂直な方向）に引き延ばすようにしてビーム横断面
を矩形状または線状にする光学レンズ３０と、この光学
レンズ３０からの線状ビームＬＡを基板搬送路上に設定
されたアニール用レーザ照射位置ＰAに向けて鉛直下方
に反射するミラー３２とで構成されている。基板搬送部
は、後述するように移動度モニタ部３４において基板搬
送路の下方に受光部４０が配置される関係から、好まし
くは基板Ｇを部分接触で支持して水平方向に搬送する機
構を有してよい。
ザ装置からなり、所定のパルス幅、パルスエネルギーお
よび所定の繰り返し周波数を有するパルスレーザビーム
ＬＡを水平方向に出射する。レーザ光学系２８は、レー
ザ光源２６からのレーザビームＬＡを水平方向（図の紙
面に垂直な方向）に引き延ばすようにしてビーム横断面
を矩形状または線状にする光学レンズ３０と、この光学
レンズ３０からの線状ビームＬＡを基板搬送路上に設定
されたアニール用レーザ照射位置ＰAに向けて鉛直下方
に反射するミラー３２とで構成されている。基板搬送部
は、後述するように移動度モニタ部３４において基板搬
送路の下方に受光部４０が配置される関係から、好まし
くは基板Ｇを部分接触で支持して水平方向に搬送する機
構を有してよい。
【００３３】結晶化レーザアニールは次のようにして行
われる。レーザアニール装置１４（１６）に搬入された
ガラス基板Ｇには、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２に
おける前工程つまりＣＶＤ工程によりアモルファスＳｉ
膜が所定の厚みで堆積されている。該ガラス基板Ｇは、
基板搬送部によって図２に示すようにミラー３２の真下
に設定されたレーザ照射位置ＰAを通る所定の搬送路ま
たは搬送ルート上を水平方向に一定速度で搬送される。
一方で、レーザ光源２６よりアニール用のレーザ光ＬＡ
が発振出力され、レーザ光学系２８のミラー３２よりレ
ーザ照射位置Ｐ Aに向けて矩形状または線状の横横断面
を有するレーザ光ＬＡが照射される。これにより、ガラ
ス基板Ｇ上のアモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓｉ）はレーザ
照射位置ＰAにてレーザ光ＬＡの照射を受け、その付近
の部分つまりレーザ照射部分が瞬時に溶融する。ガラス
基板Ｇが水平方向に移動しているので、アモルファスＳ
ｉ膜（ａ−Ｓｉ）のレーザエネルギーで溶融した部分は
短時間でレーザ照射位置Ｐ Aを過ぎて冷却され、冷却固
化する時に再結晶化して多結晶Ｓｉになる。基板全体に
ついてみると、アモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓｉ）上でレ
ーザ照射位置ＰAまたはレーザ照射部分が相対的に基板
移動方向と反対方向に一定速度で移動して、基板前端側
から基板後端側へ向ってレーザアニールのスキャニング
が行われ、ガラス基板Ｇ上の全面に多結晶Ｓｉ膜（ｐ−
Ｓｉ）が形成される。
われる。レーザアニール装置１４（１６）に搬入された
ガラス基板Ｇには、アモルファスＳｉＣＶＤ装置１２に
おける前工程つまりＣＶＤ工程によりアモルファスＳｉ
膜が所定の厚みで堆積されている。該ガラス基板Ｇは、
基板搬送部によって図２に示すようにミラー３２の真下
に設定されたレーザ照射位置ＰAを通る所定の搬送路ま
たは搬送ルート上を水平方向に一定速度で搬送される。
一方で、レーザ光源２６よりアニール用のレーザ光ＬＡ
が発振出力され、レーザ光学系２８のミラー３２よりレ
ーザ照射位置Ｐ Aに向けて矩形状または線状の横横断面
を有するレーザ光ＬＡが照射される。これにより、ガラ
ス基板Ｇ上のアモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓｉ）はレーザ
照射位置ＰAにてレーザ光ＬＡの照射を受け、その付近
の部分つまりレーザ照射部分が瞬時に溶融する。ガラス
基板Ｇが水平方向に移動しているので、アモルファスＳ
ｉ膜（ａ−Ｓｉ）のレーザエネルギーで溶融した部分は
短時間でレーザ照射位置Ｐ Aを過ぎて冷却され、冷却固
化する時に再結晶化して多結晶Ｓｉになる。基板全体に
ついてみると、アモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓｉ）上でレ
ーザ照射位置ＰAまたはレーザ照射部分が相対的に基板
移動方向と反対方向に一定速度で移動して、基板前端側
から基板後端側へ向ってレーザアニールのスキャニング
が行われ、ガラス基板Ｇ上の全面に多結晶Ｓｉ膜（ｐ−
Ｓｉ）が形成される。
【００３４】かかる結晶化レーザアニールにおいて、ガ
ラス基板Ｇ上に形成される多結晶Ｓｉ膜の膜特性（特に
移動度）は結晶粒の大きさに依存し、レーザエネルギ
ー、基板移動速度、基板温度等が結晶粒に影響する主要
なプロセスパラメータとなる。この実施形態では、レー
ザアニール装置１４（１６）に移動度モニタ部３４とプ
ロセス制御部４４とが設けられており、移動度モニタ部
３４がガラス基板Ｇ上に形成された多結晶Ｓｉ膜（ｐ−
Ｓｉ）の移動度を算出し、プロセス制御部４４が移動度
モニタ部３４からのモニタ結果（移動度）に基づいて装
置内の各部を制御し、特にレーザ光源２６や基板搬送部
等における上記プロセスパラメータを制御するようにな
っている。
ラス基板Ｇ上に形成される多結晶Ｓｉ膜の膜特性（特に
移動度）は結晶粒の大きさに依存し、レーザエネルギ
ー、基板移動速度、基板温度等が結晶粒に影響する主要
なプロセスパラメータとなる。この実施形態では、レー
ザアニール装置１４（１６）に移動度モニタ部３４とプ
ロセス制御部４４とが設けられており、移動度モニタ部
３４がガラス基板Ｇ上に形成された多結晶Ｓｉ膜（ｐ−
Ｓｉ）の移動度を算出し、プロセス制御部４４が移動度
モニタ部３４からのモニタ結果（移動度）に基づいて装
置内の各部を制御し、特にレーザ光源２６や基板搬送部
等における上記プロセスパラメータを制御するようにな
っている。
【００３５】この実施形態における移動度モニタ部３４
は、アニール用レーザ照射位置ＰAの下流側で基板搬送
路の上方に配置された発光部３６および反射光受光部３
８と、基板搬送路の下方に配置された透過光受光部４０
と、両受光部３８，４０の出力信号から測定対象の半導
体薄膜（この実施形態では多結晶Ｓｉ膜）の移動度を算
出する移動度算出部４２とを有する。
は、アニール用レーザ照射位置ＰAの下流側で基板搬送
路の上方に配置された発光部３６および反射光受光部３
８と、基板搬送路の下方に配置された透過光受光部４０
と、両受光部３８，４０の出力信号から測定対象の半導
体薄膜（この実施形態では多結晶Ｓｉ膜）の移動度を算
出する移動度算出部４２とを有する。
【００３６】発光部３６は、基板搬送路上に設定された
移動度モニタリング位置ＰMに向けて斜め下方に移動度
モニタリング用の所定の波長および所定または既知の光
強度を有するレーザビームＬＭを出射する発光素子たと
えば半導体レーザを含んでいる。図示省略するが、該発
光素子より出射されたレーザビームＬＭを移動度モニタ
リング位置ＰM付近に集光させるための集光レンズを設
けてよい。
移動度モニタリング位置ＰMに向けて斜め下方に移動度
モニタリング用の所定の波長および所定または既知の光
強度を有するレーザビームＬＭを出射する発光素子たと
えば半導体レーザを含んでいる。図示省略するが、該発
光素子より出射されたレーザビームＬＭを移動度モニタ
リング位置ＰM付近に集光させるための集光レンズを設
けてよい。
【００３７】反射光受光部３８は、移動度モニタリング
位置ＰMでレーザビームＬＭの反射する方位、つまりレ
ーザビームＬＭの進行方向と移動度モニタリング位置Ｐ
Mの法線とを含む面内でレーザビームＬＭの入射角と等
しい反射角の方位に配置された受光素子たとえばフォト
ダイオードを有している。該受光素子は、移動度モニタ
リング位置ＰMからの反射光ＬＭRを受光してその光強度
に応じた電気信号つまり反射光検出信号ＳRを出力す
る。この反射光検出信号ＳRは移動度算出部４２に入力
される。なお、移動度モニタリング位置ＰMからの反射
光ＬＭRを該受光素子に集光入射させるための集光レン
ズ（図示せず）を設けてよい。
位置ＰMでレーザビームＬＭの反射する方位、つまりレ
ーザビームＬＭの進行方向と移動度モニタリング位置Ｐ
Mの法線とを含む面内でレーザビームＬＭの入射角と等
しい反射角の方位に配置された受光素子たとえばフォト
ダイオードを有している。該受光素子は、移動度モニタ
リング位置ＰMからの反射光ＬＭRを受光してその光強度
に応じた電気信号つまり反射光検出信号ＳRを出力す
る。この反射光検出信号ＳRは移動度算出部４２に入力
される。なお、移動度モニタリング位置ＰMからの反射
光ＬＭRを該受光素子に集光入射させるための集光レン
ズ（図示せず）を設けてよい。
【００３８】透過光受光部４０は、基板搬送路を挟んで
発光部３６の発光素子と対向する位置に配置された受光
素子たとえばフォトダイオードを有している。該受光素
子は、移動度モニタリング位置ＰMからの透過光ＬＭTを
受光してその光強度に応じた電気信号つまり透過光検出
信号ＳTを出力する。この透過光検出信号ＳTは移動度算
出部４２に入力される。透過光受光部４０においても、
移動度モニタリング位置ＰMからの透過光ＬＭTを受光素
子に集光入射させるための集光レンズ（図示せず）を設
けてよい。
発光部３６の発光素子と対向する位置に配置された受光
素子たとえばフォトダイオードを有している。該受光素
子は、移動度モニタリング位置ＰMからの透過光ＬＭTを
受光してその光強度に応じた電気信号つまり透過光検出
信号ＳTを出力する。この透過光検出信号ＳTは移動度算
出部４２に入力される。透過光受光部４０においても、
移動度モニタリング位置ＰMからの透過光ＬＭTを受光素
子に集光入射させるための集光レンズ（図示せず）を設
けてよい。
【００３９】図示の例では、発光部３６、反射光受光部
３８および透過光受光部４０の三者を基板移動方向と平
行な面内に配置しているが、このような配置構成に限定
されるものではなく、たとえば基板移動方向と直交する
面内に配置してもよい。
３８および透過光受光部４０の三者を基板移動方向と平
行な面内に配置しているが、このような配置構成に限定
されるものではなく、たとえば基板移動方向と直交する
面内に配置してもよい。
【００４０】移動度算出部４２は、反射光受光部３８か
らの反射光検出信号ＳRと透過光受光部４０からの透過
光検出信号ＳTとを入力して、それらの信号ＳR，ＳTの
値からガラス基板Ｇ上に形成されている多結晶Ｓｉ膜
（ｐ−Ｓｉ）の移動度を求める。移動度算出部４２は、
演算回路またはマイクロコンピュータで構成されてよ
く、図３に示すように、機能的には反射率演算部５０、
透過率演算部５２、屈折率／吸収係数（消衰係数）演算
部５４、移動度演算部５６、補正移動度演算部５８およ
び係数／定数設定部６０を有している。係数／定数設定
部６０は、各演算部５０〜５８に所要の係数または定数
を与える。
らの反射光検出信号ＳRと透過光受光部４０からの透過
光検出信号ＳTとを入力して、それらの信号ＳR，ＳTの
値からガラス基板Ｇ上に形成されている多結晶Ｓｉ膜
（ｐ−Ｓｉ）の移動度を求める。移動度算出部４２は、
演算回路またはマイクロコンピュータで構成されてよ
く、図３に示すように、機能的には反射率演算部５０、
透過率演算部５２、屈折率／吸収係数（消衰係数）演算
部５４、移動度演算部５６、補正移動度演算部５８およ
び係数／定数設定部６０を有している。係数／定数設定
部６０は、各演算部５０〜５８に所要の係数または定数
を与える。
【００４１】反射率演算部５０は、入力した反射光検出
信号ＳRの値から移動度モニタリング位置ＰMにおける反
射光の光強度（測定値または換算値）を演算し、照射レ
ーザビームＬＭの光強度に対する反射光の光強度の比率
を求めてこれを反射率Ｒとする。
信号ＳRの値から移動度モニタリング位置ＰMにおける反
射光の光強度（測定値または換算値）を演算し、照射レ
ーザビームＬＭの光強度に対する反射光の光強度の比率
を求めてこれを反射率Ｒとする。
【００４２】透過率演算部５２は、入力した透過光検出
信号ＳTの値から移動度モニタリング位置ＰMにおける透
過光の光強度（測定値または換算値）を演算し、照射レ
ーザビームＬＭの光強度に対する透過光の光強度の比率
を求めてこれを透過率Ｔとする。なお、透過光受光部４
０に受光または検出される透過光ＬＭTは多結晶Ｓｉ膜
（ｐ−Ｓｉ）だけでなく酸化膜およびガラス基板Ｇを透
過したものであるので、係数／定数設定部６０より与え
られる所定の補正値でその分の誤差を補償する。
信号ＳTの値から移動度モニタリング位置ＰMにおける透
過光の光強度（測定値または換算値）を演算し、照射レ
ーザビームＬＭの光強度に対する透過光の光強度の比率
を求めてこれを透過率Ｔとする。なお、透過光受光部４
０に受光または検出される透過光ＬＭTは多結晶Ｓｉ膜
（ｐ−Ｓｉ）だけでなく酸化膜およびガラス基板Ｇを透
過したものであるので、係数／定数設定部６０より与え
られる所定の補正値でその分の誤差を補償する。
【００４３】屈折率／吸収係数（消衰係数）演算部５４
は、反射率演算部５０および透過率演算部５２でそれぞ
れ求められた反射率Ｒおよび透過率Ｔを基に下記の式
(1),(2)を演算してガラス基板Ｇ上の多結晶Ｓｉ膜（ｐ
−Ｓｉ）における屈折率ｎおよび吸収係数α（または消
衰係数ｋ）を求める。 ｎ＝[(2R+2)+{(2R+2)2-4(1-R)2(1+(αλ/4π)2)}1/2] /(1-R) ‥‥(1) α＝-(1/d)ln[{-(1-R)2+（(1-R)4+4R2T2）-1}／(2R2T)] ‥‥(2) ここで、ｄは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の膜厚、λはレ
ーザビームＬＭの波長である。
は、反射率演算部５０および透過率演算部５２でそれぞ
れ求められた反射率Ｒおよび透過率Ｔを基に下記の式
(1),(2)を演算してガラス基板Ｇ上の多結晶Ｓｉ膜（ｐ
−Ｓｉ）における屈折率ｎおよび吸収係数α（または消
衰係数ｋ）を求める。 ｎ＝[(2R+2)+{(2R+2)2-4(1-R)2(1+(αλ/4π)2)}1/2] /(1-R) ‥‥(1) α＝-(1/d)ln[{-(1-R)2+（(1-R)4+4R2T2）-1}／(2R2T)] ‥‥(2) ここで、ｄは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の膜厚、λはレ
ーザビームＬＭの波長である。
【００４４】消衰係数ｋは吸収係数αと線形関係つまり
実質的に等価な関係にあり、ｃを光速度、ωをレーザビ
ームＬＭの角周波数として下記の式(3)で与えられる。 ｋ＝（ｃ／２ω）α ‥‥(3)
実質的に等価な関係にあり、ｃを光速度、ωをレーザビ
ームＬＭの角周波数として下記の式(3)で与えられる。 ｋ＝（ｃ／２ω）α ‥‥(3)
【００４５】上記の式(1),(2)は下記の式(4),(5)から導
かれる。 R=｛(n-1)2+k2｝／｛(n+1)2+k2｝ ‥‥(4) T=｛(1-R)2exp(-αｄ)｝／｛1-R2exp(-2αｄ)｝ ‥‥(5)
かれる。 R=｛(n-1)2+k2｝／｛(n+1)2+k2｝ ‥‥(4) T=｛(1-R)2exp(-αｄ)｝／｛1-R2exp(-2αｄ)｝ ‥‥(5)
【００４６】すなわち、反射率Ｒおよび透過率Ｔは上記
の式(4),(5)のようにｎとｋ（α）で表されるので、ｎ
とｋ（α）についてこの連立二元方程式(4),(5)を解く
ことによって、上記の式(1),(2)が導かれる。なお、上
式(4),(5)は厳密には垂直入射の場合であるが、斜め入
射の場合にも準用（近似）できる。
の式(4),(5)のようにｎとｋ（α）で表されるので、ｎ
とｋ（α）についてこの連立二元方程式(4),(5)を解く
ことによって、上記の式(1),(2)が導かれる。なお、上
式(4),(5)は厳密には垂直入射の場合であるが、斜め入
射の場合にも準用（近似）できる。
【００４７】移動度演算部５６は、屈折率／吸収係数
（消衰係数）演算部５４で求められた屈折率ｎおよび吸
収係数α（消衰係数ｋ）を基に下記の式(6)を演算して
ガラス基板Ｇ上の多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）における移
動度μを求める。 μ＝ｃｎα／４πｅｎf ‥‥(6) ここで、ｅは電子素量、ｎfは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓ
ｉ）の自由電子密度（定数）である。
（消衰係数）演算部５４で求められた屈折率ｎおよび吸
収係数α（消衰係数ｋ）を基に下記の式(6)を演算して
ガラス基板Ｇ上の多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）における移
動度μを求める。 μ＝ｃｎα／４πｅｎf ‥‥(6) ここで、ｅは電子素量、ｎfは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓ
ｉ）の自由電子密度（定数）である。
【００４８】自由電子密度ｎfは下記の式(7)で与えられ
てよい。 ｎf＝ｍe（ｗp）2／４πｅ2 ‥‥(7) ただし、ｍeは電子質量、ｗpはプラズマ振動数である。
たとえば、プラズマ振動数ｗpを０．３８μｍ（波長換
算値）とすると、ｎf＝１．１３Ｅ20／cm3である。
てよい。 ｎf＝ｍe（ｗp）2／４πｅ2 ‥‥(7) ただし、ｍeは電子質量、ｗpはプラズマ振動数である。
たとえば、プラズマ振動数ｗpを０．３８μｍ（波長換
算値）とすると、ｎf＝１．１３Ｅ20／cm3である。
【００４９】補正移動度演算部５８は、移動度モニタリ
ング位置ＰMにおける多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）におい
てレーザビームＬＭの入射による温度上昇分ひいては自
由電子密度ｎfの変化分による移動度μの誤差を補正ま
たはキャンセルするものであり、下記の式(8)を演算し
て補正移動度μCを求める。 μC＝μ−Ａ（Ｅλ−Ｂ）3/2 ‥‥(8) ここで、Ａは比例定数、Ｅλは波長λのエネルギー換算
値（定数）、Ｂはオフセット定数である。
ング位置ＰMにおける多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）におい
てレーザビームＬＭの入射による温度上昇分ひいては自
由電子密度ｎfの変化分による移動度μの誤差を補正ま
たはキャンセルするものであり、下記の式(8)を演算し
て補正移動度μCを求める。 μC＝μ−Ａ（Ｅλ−Ｂ）3/2 ‥‥(8) ここで、Ａは比例定数、Ｅλは波長λのエネルギー換算
値（定数）、Ｂはオフセット定数である。
【００５０】Ｅλは下記の式(9)で与えられてよい。
Ｅλ＝ｈｃ／λ ‥‥(9)
ただし、ｈはプランク定数である。
【００５１】上記のようにして、移動度モニタ部３４
は、反射光受光部３８からの反射光検出信号ＳRと透過
光受光部４０からの透過光検出信号ＳTとに基づいて所
定の演算を行うことより（特に上記の式(1),(2),(6)を
演算することにより）、ガラス基板Ｇ上で形成された直
後の多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の移動度を算出する。
は、反射光受光部３８からの反射光検出信号ＳRと透過
光受光部４０からの透過光検出信号ＳTとに基づいて所
定の演算を行うことより（特に上記の式(1),(2),(6)を
演算することにより）、ガラス基板Ｇ上で形成された直
後の多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の移動度を算出する。
【００５２】プロセス制御部４４は、移動度モニタ部３
４で算出された移動度μCが所定の移動度許容範囲内に
あるか否かを検査し、許容範囲内であれば良品と判定し
て次工程へ回す。このシステムでは結晶化レーザアニー
ルが最終工程なので、良品と判定されたガラス基板Ｇは
トランスファチャンバ１０経由でカセットチャンバ２
０，２２のいずれか１つに送られる。移動度μCが許容
範囲から外れている場合、プロセス制御部４４は移動度
μCが許容範囲内に収まるようにプロセスパラメータを
適宜変更して、上記のような結晶化レーザアニール工程
を再実施させる。たとえば、移動度μCが許容範囲より
も小さいときは、アニール用レーザビームＬＡのパルス
エネルギーを上げるか、ガラス基板Ｇの走査移動速度を
下げる（冷却をゆっくりする）等のパラメータ制御を行
ってよい。反対に、移動度μCが許容範囲よりも大きい
ときは、アニール用レーザビームＬＡのパルスエネルギ
ーを下げるか、ガラス基板Ｇの走査移動速度を上げる
（冷却を速める）等のパラメータ制御を行ってよい。
４で算出された移動度μCが所定の移動度許容範囲内に
あるか否かを検査し、許容範囲内であれば良品と判定し
て次工程へ回す。このシステムでは結晶化レーザアニー
ルが最終工程なので、良品と判定されたガラス基板Ｇは
トランスファチャンバ１０経由でカセットチャンバ２
０，２２のいずれか１つに送られる。移動度μCが許容
範囲から外れている場合、プロセス制御部４４は移動度
μCが許容範囲内に収まるようにプロセスパラメータを
適宜変更して、上記のような結晶化レーザアニール工程
を再実施させる。たとえば、移動度μCが許容範囲より
も小さいときは、アニール用レーザビームＬＡのパルス
エネルギーを上げるか、ガラス基板Ｇの走査移動速度を
下げる（冷却をゆっくりする）等のパラメータ制御を行
ってよい。反対に、移動度μCが許容範囲よりも大きい
ときは、アニール用レーザビームＬＡのパルスエネルギ
ーを下げるか、ガラス基板Ｇの走査移動速度を上げる
（冷却を速める）等のパラメータ制御を行ってよい。
【００５３】結晶化レーザアニールを再実施した場合
も、移動度モニタ部３４がガラス基板Ｇ上に再形成され
た多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の移動度を上記と同様の移
動度モニタリングによって算出する。そして、プロセス
制御部４４は移動度を再検査し、検査結果が再度不良で
あったときは、結晶粒径制御工程に費やす費用がガラス
基板Ｇの回収から得られる費用を下回る限り、上記の手
順を繰り返してよい。
も、移動度モニタ部３４がガラス基板Ｇ上に再形成され
た多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の移動度を上記と同様の移
動度モニタリングによって算出する。そして、プロセス
制御部４４は移動度を再検査し、検査結果が再度不良で
あったときは、結晶粒径制御工程に費やす費用がガラス
基板Ｇの回収から得られる費用を下回る限り、上記の手
順を繰り返してよい。
【００５４】このように、この実施形態では、レーザア
ニール装置１４，１６内に多結晶Ｓｉ膜の移動度を非接
触式かつin-situで算出する移動度モニタリング機能を
搭載し、多結晶Ｓｉ膜の移動度をフィードバックして多
結晶レーザアニールのプロセスを制御するようにしてい
るので、ガラス基板Ｇ上に所望の結晶粒径を有する多結
晶Ｓｉ膜を高い歩留まりで得ることができる。なお、移
動度モニタ部３４をレーザアニール装置１４，１６の外
に、たとえばトランスファチャンバ１０内に設けること
も可能である。
ニール装置１４，１６内に多結晶Ｓｉ膜の移動度を非接
触式かつin-situで算出する移動度モニタリング機能を
搭載し、多結晶Ｓｉ膜の移動度をフィードバックして多
結晶レーザアニールのプロセスを制御するようにしてい
るので、ガラス基板Ｇ上に所望の結晶粒径を有する多結
晶Ｓｉ膜を高い歩留まりで得ることができる。なお、移
動度モニタ部３４をレーザアニール装置１４，１６の外
に、たとえばトランスファチャンバ１０内に設けること
も可能である。
【００５５】ここで、この実施形態の移動度モニタ部３
４において移動度μCを算出するために上記の演算式、
特に(6)を用いる理論を説明する。この実施形態では、
上記のように移動度モニタリング位置ＰMにて多結晶Ｓ
ｉ膜（ｐ−Ｓｉ）にレーザビームＬＭを照射する。多結
晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）においてレーザビームＬＭは電磁
波として伝搬するので、その電磁波伝搬特性は下記の式
(10)のようなマクスウェルの方程式（ｃｇｓ単位）によ
って表される。 rotＨ＝（４πｉ＋δＤ／δｔ）／ｃ ‥‥(10) ただし、Ｈは磁界である。
４において移動度μCを算出するために上記の演算式、
特に(6)を用いる理論を説明する。この実施形態では、
上記のように移動度モニタリング位置ＰMにて多結晶Ｓ
ｉ膜（ｐ−Ｓｉ）にレーザビームＬＭを照射する。多結
晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）においてレーザビームＬＭは電磁
波として伝搬するので、その電磁波伝搬特性は下記の式
(10)のようなマクスウェルの方程式（ｃｇｓ単位）によ
って表される。 rotＨ＝（４πｉ＋δＤ／δｔ）／ｃ ‥‥(10) ただし、Ｈは磁界である。
【００５６】電流ｉおよび電束密度Ｄはそれぞれ下記の
式(11),(12)のように電界Ｅで表される。 ｉ＝σＥ ‥‥(11) Ｄ＝εＥ ‥‥(12) ここで、σおよびεは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の電気
伝導度および誘電率である。
式(11),(12)のように電界Ｅで表される。 ｉ＝σＥ ‥‥(11) Ｄ＝εＥ ‥‥(12) ここで、σおよびεは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の電気
伝導度および誘電率である。
【００５７】上記の式(11),(12)を上記の式(10)に代入
して両辺を時間微分すると、下記の式(13)が得られる。 ∇2Ｅ＝-(μm／ｃ2)｛４πσ(δＥ／δｔ)＋ε(δ2Ｅ／δｔ2)｝‥‥(13) ただし、μmは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の透磁率であ
る。
して両辺を時間微分すると、下記の式(13)が得られる。 ∇2Ｅ＝-(μm／ｃ2)｛４πσ(δＥ／δｔ)＋ε(δ2Ｅ／δｔ2)｝‥‥(13) ただし、μmは多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）の透磁率であ
る。
【００５８】このように、固体（ｐ−Ｓｉ）における電
磁波伝搬特性から導かれる上記の式(13)の中に誘電率ε
と電気伝導度σの関係が現れる。
磁波伝搬特性から導かれる上記の式(13)の中に誘電率ε
と電気伝導度σの関係が現れる。
【００５９】誘電率εは、下記の式(14),(15)のよう
に、厳密には複素誘電率（ε1−ｉε2）であるととも
に、複素屈折率ｎ-の二乗ｎ- 2に等しい。また、複素屈
折率ｎ-の二乗ｎ- 2は下記の式(16)のように屈折率ｎと
消衰係数ｋとで表される。 ε＝ε1−ｉε2 ‥‥(14) ε＝ｎ- 2 ‥‥(15) ｎ- 2＝（ｎ2−ｋ2）＋ｉ２ｎｋ ‥‥(16)
に、厳密には複素誘電率（ε1−ｉε2）であるととも
に、複素屈折率ｎ-の二乗ｎ- 2に等しい。また、複素屈
折率ｎ-の二乗ｎ- 2は下記の式(16)のように屈折率ｎと
消衰係数ｋとで表される。 ε＝ε1−ｉε2 ‥‥(14) ε＝ｎ- 2 ‥‥(15) ｎ- 2＝（ｎ2−ｋ2）＋ｉ２ｎｋ ‥‥(16)
【００６０】これらの関係式(14),(15),(16)を上記の式
(13)に代入すると、下記の式(17)が得られる。 ∇2Ｅ＝−（μm／ｃ2)［４πσ（δＥ／δｔ）＋｛（ｎ2−ｋ2） ＋２ｎｋｉ｝（δ2Ｅ／δｔ2）］ ‥‥(17)
(13)に代入すると、下記の式(17)が得られる。 ∇2Ｅ＝−（μm／ｃ2)［４πσ（δＥ／δｔ）＋｛（ｎ2−ｋ2） ＋２ｎｋｉ｝（δ2Ｅ／δｔ2）］ ‥‥(17)
【００６１】Ｅの一般解は下記の式(18)で表される。
Ｅ＝（１／Ａ）Ｅoｅｘｐ［ｉ｛ω（ｔ−Ａ／ｃ）＋φo｝］ ‥‥(18)
【００６２】上記の式(17),(18)を時間微分すると１回
あたりｉω積がＥに付き、その係数虚数部を両辺等しい
として、下記の式(19)が得られる。 ０＝（４πσ（ｉω）＋（２ｎｋｉ）（ｉω）（ｉω） ∴ ０＝ｉω（４πσ−２ｎｋω） ∴ σ＝２ｎｋω／４π ‥‥(19)
あたりｉω積がＥに付き、その係数虚数部を両辺等しい
として、下記の式(19)が得られる。 ０＝（４πσ（ｉω）＋（２ｎｋｉ）（ｉω）（ｉω） ∴ ０＝ｉω（４πσ−２ｎｋω） ∴ σ＝２ｎｋω／４π ‥‥(19)
【００６３】消衰係数ｋと吸収係数αとの間には上記の
式(3)の関係つまりｋ＝（ｃ／２ω）αの関係があるか
ら、上記の式(19)は下記の式(20)と等価である。 σ＝ｃｎα／４π ‥‥(20)
式(3)の関係つまりｋ＝（ｃ／２ω）αの関係があるか
ら、上記の式(19)は下記の式(20)と等価である。 σ＝ｃｎα／４π ‥‥(20)
【００６４】一方、固体中において電気伝導度σと移動
度μとの間には下記の式(21)の関係がある。 σ＝ｅｎfμ ‥‥(21)
度μとの間には下記の式(21)の関係がある。 σ＝ｅｎfμ ‥‥(21)
【００６５】上記の式(20),(21)からσを消去すると、
移動度μについて上記の式(6)が得られる。
移動度μについて上記の式(6)が得られる。
【００６６】ところで、上記のような本発明の移動度モ
ニタリングに用いる光ビームの最適な波長は測定対象と
なる半導体薄膜の材質に応じて異なるが、本発明者はこ
の実施形態のような多結晶Ｓｉ膜に対するモニタリング
用光ビームの波長は０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内が
好ましく、特に０．３μｍ付近が最も有効であることを
見出した。
ニタリングに用いる光ビームの最適な波長は測定対象と
なる半導体薄膜の材質に応じて異なるが、本発明者はこ
の実施形態のような多結晶Ｓｉ膜に対するモニタリング
用光ビームの波長は０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内が
好ましく、特に０．３μｍ付近が最も有効であることを
見出した。
【００６７】図４〜図７に示すグラフは、本発明におい
て移動度モニタリング用の光ビーム（レーザビームＬ
Ｍ）の波長を０．２５μｍ〜１．０μｍの範囲内で変え
たときに得られる各光学特性および移動度の対波長特性
をシミュレーションで求めたものである。
て移動度モニタリング用の光ビーム（レーザビームＬ
Ｍ）の波長を０．２５μｍ〜１．０μｍの範囲内で変え
たときに得られる各光学特性および移動度の対波長特性
をシミュレーションで求めたものである。
【００６８】図示のように、レーザビームＬＭの波長が
０．５μｍ付近より短くなるにつれて、各特性値が大き
く変化し、特に透過率Ｔが著しく減少して０．４μｍ付
近からは０近辺まで小さくなり、一方で屈折率ｎや吸収
率（１−Ｒ−Ｔ）は増大してからいったん下がってはま
た上がり、極大ピークと極小ピークを繰り返す（図４、
図５、図６）。この特性は典型的な誘電分散の特徴であ
り、電子分極が追いつかなくなるためと考えられる。い
ずれにしても、波長０．２５μｍ〜０．４μｍの範囲内
で有意の移動度モニタ値が得られ、特に０．３μｍ近傍
で実測値に近い値（約１００ｃｍ2／Ｖsec）を示す顕著
なピーク値が得られる（図７）。図示のシミュレーショ
ンにおける最短波長は０．２５μｍであるが、少なくと
も０．２０μｍ近辺までは有意の移動度モニタ値が得ら
れるものと考えられる。なお、波長を短くしていくと、
レーザビームＬＭのエネルギーで自由電子密度が（温
度） 3/2または（１／波長）3/2に比例して急激に上昇す
ることから、その分の移動度増加分を上記式(8)のよう
に補正値Ａ（Ｅλ−Ｂ）3/2によってキャンセルしてい
る（図７）。図示の例では、Ａ＝７、Ｂ＝２としてい
る。
０．５μｍ付近より短くなるにつれて、各特性値が大き
く変化し、特に透過率Ｔが著しく減少して０．４μｍ付
近からは０近辺まで小さくなり、一方で屈折率ｎや吸収
率（１−Ｒ−Ｔ）は増大してからいったん下がってはま
た上がり、極大ピークと極小ピークを繰り返す（図４、
図５、図６）。この特性は典型的な誘電分散の特徴であ
り、電子分極が追いつかなくなるためと考えられる。い
ずれにしても、波長０．２５μｍ〜０．４μｍの範囲内
で有意の移動度モニタ値が得られ、特に０．３μｍ近傍
で実測値に近い値（約１００ｃｍ2／Ｖsec）を示す顕著
なピーク値が得られる（図７）。図示のシミュレーショ
ンにおける最短波長は０．２５μｍであるが、少なくと
も０．２０μｍ近辺までは有意の移動度モニタ値が得ら
れるものと考えられる。なお、波長を短くしていくと、
レーザビームＬＭのエネルギーで自由電子密度が（温
度） 3/2または（１／波長）3/2に比例して急激に上昇す
ることから、その分の移動度増加分を上記式(8)のよう
に補正値Ａ（Ｅλ−Ｂ）3/2によってキャンセルしてい
る（図７）。図示の例では、Ａ＝７、Ｂ＝２としてい
る。
【００６９】次に、この実施形態において、結晶化レー
ザアニールに用いられるレーザ光ＬＡの波長について好
ましい態様を説明する。
ザアニールに用いられるレーザ光ＬＡの波長について好
ましい態様を説明する。
【００７０】図８に、ＴＦＴ用ガラス基板の代表的な透
過率の対波長特性（コーニング社の１７３７の特性）を
示す。図８の特性から明らかなように、ＴＦＴ用ガラス
基板にあっては、波長０．４μｍ〜２．５μｍの範囲内
で透過率が１．０に近い飽和値を示し、０．４μｍより
短いか２．５μｍよりも長い波長領域では透過率は著し
く低下する。つまり、０．４μｍ〜２．５μｍの波長領
域を用いると、ガラス基板に入射しても殆ど吸収されず
に透過するので、ガラス基板の損傷や劣化を来すおそれ
はない。一方、図９に示す放射率（吸収率）の対波長特
性のデータから明らかなように、１．０μｍよりも長い
波長領域では多結晶Ｓｉの放射率（吸収率）は著しく低
下し、アモルファスＳｉの放射率（吸収率）も同様の特
性を示すものと考えられる。したがって、レーザ光ＬＡ
がアモルファスＳｉ膜を透過してガラス基板に入射しや
すいアプリケーションにおいては、アニール用レーザ光
ＬＡの波長を０．４μｍ〜１．０μｍの範囲内に選ぶこ
とが好ましく、これによってアモルファスＳｉ膜におけ
るレーザエネルギーの吸収効率を確保しつつガラス基板
の損傷または劣化を効果的に防止することができる。
過率の対波長特性（コーニング社の１７３７の特性）を
示す。図８の特性から明らかなように、ＴＦＴ用ガラス
基板にあっては、波長０．４μｍ〜２．５μｍの範囲内
で透過率が１．０に近い飽和値を示し、０．４μｍより
短いか２．５μｍよりも長い波長領域では透過率は著し
く低下する。つまり、０．４μｍ〜２．５μｍの波長領
域を用いると、ガラス基板に入射しても殆ど吸収されず
に透過するので、ガラス基板の損傷や劣化を来すおそれ
はない。一方、図９に示す放射率（吸収率）の対波長特
性のデータから明らかなように、１．０μｍよりも長い
波長領域では多結晶Ｓｉの放射率（吸収率）は著しく低
下し、アモルファスＳｉの放射率（吸収率）も同様の特
性を示すものと考えられる。したがって、レーザ光ＬＡ
がアモルファスＳｉ膜を透過してガラス基板に入射しや
すいアプリケーションにおいては、アニール用レーザ光
ＬＡの波長を０．４μｍ〜１．０μｍの範囲内に選ぶこ
とが好ましく、これによってアモルファスＳｉ膜におけ
るレーザエネルギーの吸収効率を確保しつつガラス基板
の損傷または劣化を効果的に防止することができる。
【００７１】また、図１０に示す透過率の対波長特性の
データから、０．４μｍ〜１．０μｍの波長に対しては
溶融（液化）Ｓｉが良好な反射率を示すことがわかる。
つまり、アモルファスＳｉがレーザエネルギーにより溶
けて液状Ｓｉに変わると、レーザ光ＬＡの反射が増して
ガラス基板側への透過量が減少する。したがって、膜の
表層付近を重点的に溶融させるアプリケーションに有利
である。
データから、０．４μｍ〜１．０μｍの波長に対しては
溶融（液化）Ｓｉが良好な反射率を示すことがわかる。
つまり、アモルファスＳｉがレーザエネルギーにより溶
けて液状Ｓｉに変わると、レーザ光ＬＡの反射が増して
ガラス基板側への透過量が減少する。したがって、膜の
表層付近を重点的に溶融させるアプリケーションに有利
である。
【００７２】別の観点からみると、溶融（液化）Ｓｉに
おいてはプラズマ周波数近傍またはそれよりも短い波長
領域になると、反射率が著しく低下し（図１０）、吸収
率が著しく高くなる。したがって、アモルファスＳｉか
ら液状Ｓｉに変じた後も溶融状態を深層まで十全または
確実に得ることが望まれるアプリケーションにおいて
は、レーザ光ＬＡの波長をプラズマ周波数の近傍あるい
はそれよりも短い波長領域を選択すればよい。
おいてはプラズマ周波数近傍またはそれよりも短い波長
領域になると、反射率が著しく低下し（図１０）、吸収
率が著しく高くなる。したがって、アモルファスＳｉか
ら液状Ｓｉに変じた後も溶融状態を深層まで十全または
確実に得ることが望まれるアプリケーションにおいて
は、レーザ光ＬＡの波長をプラズマ周波数の近傍あるい
はそれよりも短い波長領域を選択すればよい。
【００７３】次に、この実施形態において、結晶化レー
ザアニールに好適な磁場の印加方法を説明する。
ザアニールに好適な磁場の印加方法を説明する。
【００７４】図１１および図１２に、一実施例による磁
場印加法を示す。図１１の実施例では、一方の極性たと
えばＮ極の磁石６２を基板Ｇの膜面（上面）側にてレー
ザ照射位置ＰAの下流側隣または多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓ
ｉ）寄りに配置するとともに、Ｓ極の磁石６４を基板Ｇ
の裏面（下面）側にてレーザ照射位置ＰAの中心側また
はアモルファスＳｉ膜（ｐ−Ｓｉ）寄りに配置し、両磁
石６２，６４の間に形成される磁場Ｂをレーザ照射位置
ＰAの下流側または多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）側にオフ
セットさせている。図１２の実施例では、基板Ｇの膜面
（上面）側にてレーザ照射位置ＰAの下流側隣または多
結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）寄りにＮ極とＳ極とを有する磁
石６６を配置し、この磁石６６のＮ極とＳ極との間に形
成される磁場を多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）側の凝固界面
付近に局所的に印加している。
場印加法を示す。図１１の実施例では、一方の極性たと
えばＮ極の磁石６２を基板Ｇの膜面（上面）側にてレー
ザ照射位置ＰAの下流側隣または多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓ
ｉ）寄りに配置するとともに、Ｓ極の磁石６４を基板Ｇ
の裏面（下面）側にてレーザ照射位置ＰAの中心側また
はアモルファスＳｉ膜（ｐ−Ｓｉ）寄りに配置し、両磁
石６２，６４の間に形成される磁場Ｂをレーザ照射位置
ＰAの下流側または多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）側にオフ
セットさせている。図１２の実施例では、基板Ｇの膜面
（上面）側にてレーザ照射位置ＰAの下流側隣または多
結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）寄りにＮ極とＳ極とを有する磁
石６６を配置し、この磁石６６のＮ極とＳ極との間に形
成される磁場を多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）側の凝固界面
付近に局所的に印加している。
【００７５】レーザ照射位置ＰAに生成される溶融Ｓｉ
領域（ｍ−Ｓｉ）においては凝固界面付近に自然対流に
よる渦Ｑa，Ｑbが発生し、冷却過程における再結晶化で
は界面付近の渦Ｑaによって結晶の粗粒化が阻害されや
すい。そのような凝固界面付近における溶融Ｓｉの渦Ｑ
aを無くすには基板移動方向と平行なベクトル成分を有
する磁場が好適である。しかし、アモルファスＳｉ膜
（ａ−Ｓｉ）側の凝固界面付近において発生する溶融Ｓ
ｉの渦Ｑbは結晶の粗粒化に特に影響するわけではな
く、むしろ膜の深層まで十全に溶融させる上では望まし
いことから、磁場の作用をできるだけ受けない方が好ま
しい。
領域（ｍ−Ｓｉ）においては凝固界面付近に自然対流に
よる渦Ｑa，Ｑbが発生し、冷却過程における再結晶化で
は界面付近の渦Ｑaによって結晶の粗粒化が阻害されや
すい。そのような凝固界面付近における溶融Ｓｉの渦Ｑ
aを無くすには基板移動方向と平行なベクトル成分を有
する磁場が好適である。しかし、アモルファスＳｉ膜
（ａ−Ｓｉ）側の凝固界面付近において発生する溶融Ｓ
ｉの渦Ｑbは結晶の粗粒化に特に影響するわけではな
く、むしろ膜の深層まで十全に溶融させる上では望まし
いことから、磁場の作用をできるだけ受けない方が好ま
しい。
【００７６】この実施例では、図１１または図１２に示
すような磁場印加法により、多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）
側の凝固界面付近には強い磁場を印加して渦Ｑaの発生
を抑止する一方でアモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓｉ）側の
凝固界面付近の磁場を弱くして渦Ｑbの発生を許容して
いるので、上記の二律背反要件を同時に満たし、Ｓｉ膜
の溶融再結晶化のための磁場の作用効果を改善すること
ができる。なお、磁石６２，６４，６６は永久磁石また
は電磁石のいずれで構成してもよい。
すような磁場印加法により、多結晶Ｓｉ膜（ｐ−Ｓｉ）
側の凝固界面付近には強い磁場を印加して渦Ｑaの発生
を抑止する一方でアモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓｉ）側の
凝固界面付近の磁場を弱くして渦Ｑbの発生を許容して
いるので、上記の二律背反要件を同時に満たし、Ｓｉ膜
の溶融再結晶化のための磁場の作用効果を改善すること
ができる。なお、磁石６２，６４，６６は永久磁石また
は電磁石のいずれで構成してもよい。
【００７７】以上、本発明の好適な実施形態を説明した
が、本発明は上記の実施形態に限定されるものではな
く、その技術的思想の範囲内で種々の変形・変更が可能
である。たとえば、上記した実施形態では、移動度モニ
タリングにおいて透過率を測定するために、基板の裏側
に透過光受光部４０を設けてモニタリング位置ＰMから
の透過光ＬＭTを検出した。しかし、透過率が小さくて
計測が難しい場合は、楕円偏光解析法により反射光ＬＭ
Rだけから反射率と透過率とを測定することも可能であ
る。ここで、楕円偏光解析法とは、直線偏光を測定対象
の材料（たとえば多結晶Ｓｉ膜）に斜入射させ、反射さ
れた楕円偏光から屈折率ｎと消衰係数ｋとを算出する方
法である。以下に、図１３を参照して楕円偏光解析法の
手法を述べる。
が、本発明は上記の実施形態に限定されるものではな
く、その技術的思想の範囲内で種々の変形・変更が可能
である。たとえば、上記した実施形態では、移動度モニ
タリングにおいて透過率を測定するために、基板の裏側
に透過光受光部４０を設けてモニタリング位置ＰMから
の透過光ＬＭTを検出した。しかし、透過率が小さくて
計測が難しい場合は、楕円偏光解析法により反射光ＬＭ
Rだけから反射率と透過率とを測定することも可能であ
る。ここで、楕円偏光解析法とは、直線偏光を測定対象
の材料（たとえば多結晶Ｓｉ膜）に斜入射させ、反射さ
れた楕円偏光から屈折率ｎと消衰係数ｋとを算出する方
法である。以下に、図１３を参照して楕円偏光解析法の
手法を述べる。
【００７８】Ｅ偏光とＰ偏光の比をとると下記の式(22)
が導かれる。 Erp／Ers＝-cos(θ1+θ2)/cos(θ1+θ2)＝ρexp(iδ) ‥‥(22) θ1＝０のときは、−１＝ρexp(iδ)より ρ＝１，δ＝π θ2＝０のときは、 １＝ρexp(iδ)より ρ＝１，δ＝０ 故に、θ1＝θ0 、δ＝π／２となる解がある。
が導かれる。 Erp／Ers＝-cos(θ1+θ2)/cos(θ1+θ2)＝ρexp(iδ) ‥‥(22) θ1＝０のときは、−１＝ρexp(iδ)より ρ＝１，δ＝π θ2＝０のときは、 １＝ρexp(iδ)より ρ＝１，δ＝０ 故に、θ1＝θ0 、δ＝π／２となる解がある。
【００７９】λ／２板を用いてρを求めると上記の式(2
2)より、θ1 、θ2を算出できる。したがって、下記の
式(23),(24)より複素誘電率（ε＝ε1−ｉε2）のε1、
ε2を算出できる。 sinθ2＝（ε1／ε2）0.5sinθ1 ‥‥(23) cosθ2＝［１−（ε1／ε2）sin2θ1 ］0.5 ‥‥(24)
2)より、θ1 、θ2を算出できる。したがって、下記の
式(23),(24)より複素誘電率（ε＝ε1−ｉε2）のε1、
ε2を算出できる。 sinθ2＝（ε1／ε2）0.5sinθ1 ‥‥(23) cosθ2＝［１−（ε1／ε2）sin2θ1 ］0.5 ‥‥(24)
【００８０】そして、下記の式(25),(26)からｎ、ｋを
算出できる。 ｎ2＝（１／２ε0）［ε1 2＋ε2 2］０．５＋ε1］ ‥‥(25) ｋ2＝（１／２ε0）［ε1 2＋ε2 2］０．５−ε1］ ‥‥(26)
算出できる。 ｎ2＝（１／２ε0）［ε1 2＋ε2 2］０．５＋ε1］ ‥‥(25) ｋ2＝（１／２ε0）［ε1 2＋ε2 2］０．５−ε1］ ‥‥(26)
【００８１】上記の式(3)により消衰係数ｋと吸収係数
αは実質的に等価であるから、上記した実施形態と同様
に式(6)を用いて移動度μを算出できる。
αは実質的に等価であるから、上記した実施形態と同様
に式(6)を用いて移動度μを算出できる。
【００８２】上記実施形態はＴＦＴ−ＬＣＤ用低温多結
晶Ｓｉ膜製造装置に係わるものであったが、本発明の移
動度算出方法または装置は高温多結晶Ｓｉ膜のプロセス
にも適用可能であり、さらには多結晶Ｓｉ膜以外にも任
意の半導体薄膜の移動度についてin-situのモニタリン
グを行うアプリケーションに適用可能である。
晶Ｓｉ膜製造装置に係わるものであったが、本発明の移
動度算出方法または装置は高温多結晶Ｓｉ膜のプロセス
にも適用可能であり、さらには多結晶Ｓｉ膜以外にも任
意の半導体薄膜の移動度についてin-situのモニタリン
グを行うアプリケーションに適用可能である。
【００８３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動度算
出方法または装置によれば、半導体薄膜の移動度をイン
プロセスでも高い精度でモニタリングすることが可能で
あり、プロセス評価ないし品質管理の改善をはかること
ができる。
出方法または装置によれば、半導体薄膜の移動度をイン
プロセスでも高い精度でモニタリングすることが可能で
あり、プロセス評価ないし品質管理の改善をはかること
ができる。
【００８４】本発明の半導体製造装置によれば、インプ
ロセスで半導体薄膜の移動度をフィードバックして高精
度なプロセス制御を行えるので、製品歩留まりを改善す
ることができる。
ロセスで半導体薄膜の移動度をフィードバックして高精
度なプロセス制御を行えるので、製品歩留まりを改善す
ることができる。
【００８５】また、本発明の結晶化レーザアニール方法
によれば、ガラス基板にダメージを与えずにアモルファ
スＳｉ膜を良好に溶融再結晶化させることが可能であ
り、信頼性の高い多結晶Ｓｉ膜を得ることができる。
によれば、ガラス基板にダメージを与えずにアモルファ
スＳｉ膜を良好に溶融再結晶化させることが可能であ
り、信頼性の高い多結晶Ｓｉ膜を得ることができる。
【００８６】また、本発明の結晶化レーザアニール方法
によれば、Ｓｉ膜の表面が溶融または液化した後もレー
ザエネルギーが深層まで及ぶようにしてＳｉ膜全体を十
全に溶融させ、膜質の良好な多結晶Ｓｉ膜を得ることが
できる。
によれば、Ｓｉ膜の表面が溶融または液化した後もレー
ザエネルギーが深層まで及ぶようにしてＳｉ膜全体を十
全に溶融させ、膜質の良好な多結晶Ｓｉ膜を得ることが
できる。
【００８７】また、本発明の結晶化レーザアニール方法
または装置によれば、効率的な磁場印加法により多結晶
Ｓｉ膜の結晶粗粒化を改善することができる。
または装置によれば、効率的な磁場印加法により多結晶
Ｓｉ膜の結晶粗粒化を改善することができる。
【図１】本発明の一実施形態によるＴＦＴ−ＬＣＤ用低
温多結晶Ｓｉ膜製造装置のシステム構成を示す略平面図
である。
温多結晶Ｓｉ膜製造装置のシステム構成を示す略平面図
である。
【図２】実施形態におけるレーザアニール装置内の主要
な構成と移動度モニタ部の構成を模式的に示す略正面図
である。
な構成と移動度モニタ部の構成を模式的に示す略正面図
である。
【図３】実施形態における移動度算出部４２の機能的構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図４】多結晶Ｓｉ膜について反射率及び透過率の対波
長特性を示すグラフである。
長特性を示すグラフである。
【図５】多結晶Ｓｉ膜について屈折率及び消衰係数の対
波長特性を示すグラフである。
波長特性を示すグラフである。
【図６】多結晶Ｓｉ膜について吸収率の対波長特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】多結晶Ｓｉ膜について移動度の対波長特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図８】ＴＦＴ用ガラス基板の代表的な透過率の対波長
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図９】多結晶Ｓｉ膜、アモルファスＳｉ膜および溶融
Ｓｉ膜について放射率（吸収率）の対波長特性を示すグ
ラフである。
Ｓｉ膜について放射率（吸収率）の対波長特性を示すグ
ラフである。
【図１０】多結晶Ｓｉ膜、アモルファスＳｉ膜および溶
融Ｓｉ膜について反射率の対波長特性を示すグラフであ
る。
融Ｓｉ膜について反射率の対波長特性を示すグラフであ
る。
【図１１】実施形態における結晶化レーザアニール用の
磁場印加方法および装置の一実施例を示す図である。
磁場印加方法および装置の一実施例を示す図である。
【図１２】実施形態における結晶化レーザアニール用の
磁場印加方法および装置の一実施例を示す図である。
磁場印加方法および装置の一実施例を示す図である。
【図１３】実施形態における楕円偏光解析法の手法を説
明するための図である。
明するための図である。
１０ トランスファチャンバ
１２ アモルファスＳｉＣＶＤ装置
１４，１６ レーザアニール装置
２６ レーザ光源
２８ レーザ光学系
３４ 移動度モニタ部
３６ 発光部
３８ 反射光受光部
４０ 透過光受光部
４２ 移動度算出部
４４ プロセス制御部
６２，６４，６６ 磁石
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 21/268 Ｈ０１Ｌ 21/268 Ｇ
Ｔ
21/336 29/78 ６２４
29/786 ６２７Ｇ
(72)発明者 川村 剛平
東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放
送センター 東京エレクトロン株式会社内
Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB16 DD12 DD13 EE01
EE02 EE05 GG01 GG04 GG08
GG10 HH01 HH02 HH03 HH06
JJ11 JJ13 JJ19 KK01 KK03
MM01
4M106 AA01 BA06 CB12 DH60
5F052 AA02 BB07 DA02 DB02 DB03
JA01
5F110 AA01 AA24 BB01 DD02 DD13
GG02 GG13 GG25 GG45 GG47
PP03 PP05 PP06 PP35
Claims (16)
- 【請求項１】 基板上に形成された半導体薄膜に所定の
波長を有する光ビームを照射して反射率および透過率を
測定する工程と、 前記反射率および透過率に基づいて所定の演算式から前
記半導体薄膜の移動度を求める工程とを有する半導体薄
膜用の移動度算出方法。 - 【請求項２】 前記演算式が下記の式で与えられる請
求項１に記載の半導体薄膜用の移動度算出方法。 μ＝ｃｎα／４πｅｎf ‥‥ ここで、μは前記半導体薄膜の移動度、ｃは光速度、ｎ
およびαは前記半導体薄膜の屈折率および吸収係数、ｅ
は電子素量、ｎfは前記半導体薄膜の自由電子密度であ
る。 - 【請求項３】 前記屈折率ｎおよび吸収係数αが下記の
式およびで与えられる請求項２に記載の半導体薄膜
用の移動度算出方法。 ｎ＝[(2R+2)+{(2R+2)2-4(1-R)2(1+(αλ/4π)2)}1/2] /(1-R) ‥‥ α＝-(1/d)ln[{-(1-R)2+（(1-R)4+4R2T2）-1}／(2R2T)] ‥‥ ここで、ｄは前記半導体薄膜の膜厚、λは前記光ビーム
の波長である。 - 【請求項４】 前記半導体薄膜の自由電子密度ｎfが下
記の式で与えられる請求項１または２に記載の半導体
薄膜用の移動度算出方法。 ｎf＝ｍe（ｗp）2／４πｅ2 ‥‥ ここで、ｍeは電子質量、ｗpはプラズマ振動数である。 - 【請求項５】 前記半導体薄膜の移動度μを下記の式
で補正する請求項２〜４のいずれか一項に記載の半導体
薄膜用の移動度算出方法。 μC＝μ−Ａ（Ｅλ−Ｂ）3/2 ‥‥ ここで、μCは前記移動度μを補正した値、Ａは比例定
数、Ｅλは波長λのエネルギー換算値、Ｂはオフセット
定数である。 - 【請求項６】 前記半導体薄膜が多結晶Ｓｉ膜であり、
前記光ビームの波長が０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内
である請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体薄膜
用の移動度算出方法。 - 【請求項７】 前記光ビームの波長が０．３μｍ近傍で
ある請求項６に記載の半導体薄膜用の移動度算出方法。 - 【請求項８】 基板上に形成された半導体薄膜に所定の
波長を有する光ビームを照射する光ビーム照射手段と、 前記半導体薄膜からの前記光ビームに対応する反射光を
受光して反射率を測定する反射率測定手段と、 前記半導体薄膜からの前記光ビームに対応する透過光を
受光して透過率を測定する透過率測定手段と、 前記反射率および透過率に基づいて前記半導体薄膜の移
動度を演算で求める移動度演算手段とを有する半導体薄
膜用の移動度算出装置。 - 【請求項９】 前記移動度演算手段が下記の式を演算
する請求項８に記載の半導体薄膜用の移動度算出装置。 μ＝ｃｎα／４πｅｎf ‥‥ ここで、μは前記半導体薄膜の移動度、ｃは光速度、ｎ
およびαは前記半導体薄膜の屈折率および吸収係数、ｅ
は電子素量、ｎfは前記半導体薄膜の自由電子密度であ
る。 - 【請求項１０】 前記移動度演算手段が下記の式を演
算して前記半導体薄膜の移動度μを補正する請求項９に
記載の半導体薄膜用の移動度算出装置。 μC＝μ−Ａ（Ｅλ−Ｂ）3/2 ‥‥ ここで、μCは前記移動度μを補正した値、Ａは比例定
数、Ｅλは波長λのエネルギー換算値、Ｂはオフセット
定数である。 - 【請求項１１】 基板上に半導体薄膜を形成する半導体
薄膜形成手段と、 前記半導体薄膜の移動度を算出する請求項８〜１０のい
ずれか一項に記載の移動度算出装置と、 前記移動度算出装置より得られる移動度に応じて前記半
導体薄膜形成手段における所定のプロセスパラメータを
制御するプロセス制御手段とを有する半導体製造装置。 - 【請求項１２】 基板上に形成された半導体薄膜をレー
ザ光の照射により溶融し、冷却過程で結晶化させて多結
晶Ｓｉ膜にする結晶化レーザアニール方法において、 前記レーザ光が溶融状態の前記半導体薄膜におけるプラ
ズマ振動数に対応する波長の近傍またはそれよりも短い
波長を有する結晶化レーザアニール方法。 - 【請求項１３】 ガラス基板上に形成された半導体薄膜
をレーザ光の照射により溶融し、冷却過程で結晶化させ
て多結晶Ｓｉ膜にする結晶化レーザアニール方法におい
て、 前記レーザ光が０．４μｍ〜１．０μｍの範囲内の波長
を有する結晶化レーザアニール方法。 - 【請求項１４】 基板上に形成された半導体薄膜に磁場
を印加しながら線状の横断面を有するレーザ光を照射し
て、前記半導体薄膜のレーザ照射部分を溶融し、前記レ
ーザ照射部分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移
動するように前記レーザ光に対して相対的に前記基板を
移動させて、前記半導体薄膜を全面的に溶融再結晶化さ
せる結晶化レーザアニール方法において、 前記半導体薄膜のレーザ被照射部分と再結晶化部分との
境界付近に比較的強い磁場を与えるとともに前記半導体
薄膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分との境界付近
の磁場を弱くする結晶化レーザアニール方法。 - 【請求項１５】 前記磁場が前記レーザ照射部分の移動
方向と平行なベクトル成分を有する請求項１４に記載の
結晶化レーザアニール方法。 - 【請求項１６】 基板上に形成された半導体薄膜に線状
の横断面を有するレーザ光を照射するレーザ照射手段
と、 前記半導体薄膜において前記レーザ光の照射を受けるレ
ーザ照射部分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移
動するように前記レーザ光に対して前記基板を相対的に
移動させる走査手段と、 前記半導体薄膜のレーザ照射部分と再結晶化部分との境
界付近に比較的強い磁場を与えるとともに前記半導体薄
膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分との境界付近に
弱い磁場を与える磁場印加手段とを有する結晶化レーザ
アニール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002135063A JP2003332400A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 半導体薄膜用の移動度算出方法及び装置、結晶化レーザアニール方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002135063A JP2003332400A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 半導体薄膜用の移動度算出方法及び装置、結晶化レーザアニール方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332400A true JP2003332400A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29697486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002135063A Pending JP2003332400A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 半導体薄膜用の移動度算出方法及び装置、結晶化レーザアニール方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003332400A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033187A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Photonic Lattice Inc | インライン計測型の偏光解析装置および偏光解析方法 |
| CN102313849A (zh) * | 2010-06-30 | 2012-01-11 | 株式会社神户制钢所 | 氧化物半导体薄膜的评价方法及氧化物半导体薄膜的质量管理方法 |
| CN103730386A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-04-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于光载流子辐射技术的半导体硅片激光退火在线检测方法 |
| CN113838783A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 激光退火设备 |
-
2002
- 2002-05-10 JP JP2002135063A patent/JP2003332400A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033187A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Photonic Lattice Inc | インライン計測型の偏光解析装置および偏光解析方法 |
| CN102313849A (zh) * | 2010-06-30 | 2012-01-11 | 株式会社神户制钢所 | 氧化物半导体薄膜的评价方法及氧化物半导体薄膜的质量管理方法 |
| KR101251123B1 (ko) | 2010-06-30 | 2013-04-04 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 산화물 반도체 박막의 평가 방법 및 산화물 반도체 박막의 품질 관리 방법 |
| CN103730386A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-04-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于光载流子辐射技术的半导体硅片激光退火在线检测方法 |
| CN113838783A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 激光退火设备 |
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