激光处理装置及激光监测方法与流程

1.本发明涉及一种激光处理装置和一种激光监测方法。


背景技术：

2.激光退火装置是已知的，其利用激光照射形成在硅基材、玻璃基材等上的非晶膜，以使非晶膜结晶并且形成结晶膜。例如，专利文献1描述了一种相关的激光退火装置。
3.引用列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利jp5829575。
6.技术问题
7.在激光处理装置中，诸如激光退火装置，希望用合适的激光照射待处理的对象，以形成高质量的半导体膜。


技术实现要素：

8.从本说明书的描述和附图中，其他问题和新颖的特征将变得显而易见。
9.问题的解决方案
10.根据实施方式，激光处理装置包括：激光发生装置，其被配置成生成施加于待处理的对象的激光；光电探测装置，其被配置成探测包含在激光中的第一部分光和第二部分光；以及监测单元，其被配置成将第一部分光的探测结果与第二部分光的探测结果进行比较。
11.根据实施方式，激光监测方法包括：步骤(a)，生成施加于待处理的对象的激光；步骤(b)，探测包含在激光中的第一部分光和第二部分光；以及步骤(c)，将第一部分光的探测结果与第二部分光的探测结果进行比较。
12.本发明的有益效果
13.根据前述实施方式，可以形成高质量的半导体膜。
附图说明
14.图1是示出了根据第一实施方式的激光退火装置的一个结构示例的图。
15.图2是示出了根据第一实施方式的激光退火装置的另一个结构示例的图。
16.图3是示意性地示出了由激光退火装置形成的结晶膜的状态的图。
17.图4a是示出了激光退火装置中的激光的关系的图。
18.图4b是示出了激光退火装置中的激光的关系的图。
19.图5是示出了对比示例的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
20.图6是示出了对比示例的脉冲测量仪器的示意性结构的立体图。
21.图7是示出了根据第一实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
22.图8是示出了根据第一实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的立体图。
23.图9是示出了根据第一实施方式的脉冲波形监测方法的流程图。
24.图10是示出了由根据第一实施方式的脉冲波形监测方法监测的脉冲波形的一个示例的图。
25.图11是示出了脉冲波形的测量结果的图。
26.图12是示出了脉冲波形的评估结果的图。
27.图13是示出了脉冲波形的评估结果的图。
28.图14是示出了根据第二实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
29.图15是示出了根据第二实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的立体图。
30.图16是示出了用于根据第二实施方式的脉冲测量仪器中的开缝部的示意性结构的前视图。
31.图17是示出了根据第二实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
32.图18是示出了根据第二实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
33.图19是示出了根据变型示例的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
34.图20是示出了根据第三实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的侧视图。
35.图21是示出了根据第三实施方式的脉冲测量仪器的示意性结构的立体图。
36.图22是示出了用于根据第三实施方式的脉冲测量仪器中的开缝部的示意性结构的前视图。
37.图23是示出了根据又一实施方式的半导体装置的制造方法的工艺截面图。
38.图24是示出了根据另一实施方式的半导体装置的制造方法的工艺截面图。
39.图25是示出了根据另一实施方式的半导体装置的制造方法的工艺截面图。
40.图26是示出了根据另一实施方式的半导体装置的制造方法的工艺截面图。
41.图27是示出了根据另一实施方式的半导体装置的制造方法的工艺截面图。
具体实施方式
42.在下文中将参考附图描述实施方式。为了解释清楚起见，适当地省略或简化以下描述和附图。此外，在各个附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件，并且根据需要省略对其的重复性描述。
43.(第一实施方式)
44.首先，将描述根据第一实施方式的激光处理装置和激光监测方法。根据第一实施方式的激光处理装置例如是用于形成低温多晶硅(ltps：low temperature poly-silicon)膜的准分子激光退火(ela：excimer laser anneal)装置。
45.《ela装置的结构》
46.将参照图1描述根据本实施方式的ela装置1的结构。图1是示出ela装置1的结构的图。ela装置1通过激光l3照射形成在基材200上的硅膜201。结果，能够将非晶硅膜(a-si膜)201转化为多晶硅膜(p-si膜)201。基材200是透明基材，诸如玻璃基材。
47.在图1所示的xyz三维笛卡尔坐标系中，z方向是竖向方向，并且是垂直于基材200的方向。xy平面是与在上面形成有基材200的硅膜201的平面平行的平面。例如，x方向是矩形基材200的纵向方向，并且y方向是基材200的横向方向。注意，当使用可围绕z轴从0
°
旋转至90
°
的θ轴台时，x方向可为基材200的横向方向，并且y方向可为基材200的纵向方向。
48.如图1所示，ela装置1包括退火光学系统2、激光照射腔室50、脉冲测量仪器100、监
测装置60和控制装置70。图1的结构是一个示例，并且为了执行根据实施方式的监测方法，ela装置1可至少包括例如图2所示的激光振荡器10、脉冲测量仪器100和监测装置60。
49.激光照射腔室50容纳基座52和设置在基座52上的平台51。在ela装置1中，用激光l3照射硅膜201，同时通过平台51在+x方向上传送基材200。在图1中，对于硅膜201，硅膜201在被用激光l3照射之前被称为非晶硅膜201a，而硅膜201在被用激光l3照射之后被称为多晶硅膜201b。
50.退火光学系统2是用于生成使非晶硅膜201a结晶的激光并用激光照射硅膜201的光学系统。具体地，退火光学系统2包括激光振荡器10、输入光学系统20、光束整形器30和落射镜(epi-illumination mirror)40。
51.激光振荡器10是用于生成作为施加到非晶硅膜201a(待处理的对象)的激光的脉冲激光的激光发生装置。所生成的激光是用于使非晶膜在基材上结晶以形成结晶膜的激光，并且例如是气体激光。在本实施方式中，使用中心波长为308nm的准分子激光作为气体激光的一个示例。气体激光不限于准分子激光，而可以是其他气体激光，例如co2激光。气体(诸如氯气)填充在激光振荡器10的腔室中，并且两个谐振腔反射镜11和12被布置成彼此面对，其中气体介于其间。谐振腔反射镜11是用于反射所有光的全反射镜，而谐振腔反射镜12是用于透射一部分光的部分反射镜。由气体激发的气体光l0在谐振腔反射镜11和谐振腔反射镜12之间反复反射，并且放大的光作为激光l1从谐振腔反射镜12发射出。例如，激光振荡器10以500hz至600hz的周期反复发射脉冲激光l1。激光振荡器10将激光l1发射到输入光学系统20。
52.输入光学系统20将激光振荡器10生成的激光l1传播到光束整形器30。输入光学系统20例如包括反射镜21和反射镜22。反射镜21和反射镜22可以是全反射镜或者部分反射镜。从激光振荡器10入射的激光l1按照反射镜21和反射镜22的顺序进行反射，然后发射到光束整形器30。
53.光束整形器30对经由输入光学系统20入射的激光l1进行整形，以生成具有适于照射硅膜201的光束形状的激光l2。光束整形器30生成沿y方向的线性线光束，并进一步将线光束分成沿z方向的多个光束(部分光)。换言之，激光l2包括沿z方向排列的多个线光束。光束整形器30是用于将激光l1整形为线光束的光学系统，也是用于将激光l1分为多个光束(被分割光束)的光学系统。多个线光束的生成可以通过以下方式来执行，即，由激光l1生成线光束，然后分割该线光束，或者分割激光l1，然后由分割的光生成线光束。例如，光束整形器30通过多个柱面透镜在y方向上扩展激光l1，以将其转换成线光束。此外，光束整形器30例如通过由透镜阵列构成的均分器将一个光束分成多个光束。通过分成多个光束，可以使要用于照射的激光的光束形状中的陡度宽度变得尖锐。例如，激光l1被分成11束。光束整形器30将所产生的激光l2发射到落射镜40。
54.落射镜40是沿y方向延伸的矩形反射镜，并且反射激光l2，激光l2是由光束整形器30生成的多个线光束。例如，落射镜40是二向色镜，它是用于透射一部分光的部分反射镜。换言之，落射镜40反射激光l2以生成激光l3，同时使得激光l2的一部分能够透射通过以生成激光l4。落射镜40用作为反射光的激光l3照射基材200上的硅膜201，并将作为透射光的激光l4发射到脉冲测量仪器100。
55.图3示意性地示出了待通过激光l3的照射结晶的硅膜201。激光l3包括如上所述的
多个线光束，并且沿y方向在基材200上形成线性照射区域。换言之，照射在基材200上的激光l3形成线性照射区域，其中y方向被设定为纵向方向(长轴方向)，x方向被设定为横向方向(短轴方向)。此外，通过平台51沿+x方向传送基材200的同时，用激光l3照射硅膜201，由此可以用激光l3照射带状区域，该带状区域的宽度对应于沿y方向的照射区域的长度。通过上述激光l3的照射使得非晶硅膜201a结晶。用激光l3照射硅膜201，同时改变激光l3相对于基材200的照射位置。通过平台51沿+x方向传送基材200，由此从在基材200上由激光l3照射的区域开始按顺序形成多晶硅膜201b。
56.在这里，如此形成的多晶硅膜201b的状态对要制造的半导体装置的性能有很大影响。因此，要求多晶硅膜201b的结晶状态不是不均匀的，即，如图3(a)所示，结晶状态的变化小且统一。当多晶硅膜201b的结晶状态不均匀时，即，如图3(b)所示，结晶状态的变化大且不统一，半导体装置将是有缺陷的产品。多晶硅膜201b的不均匀的例子可以包括在多晶硅膜201b上沿线光束的照射区域形成亮条和暗条(称为照射不均匀性)的情况。这种不均匀可由激光的空间分布中的变化、即光束截面中的光的变化(称为空间变化)引起。因此，在本实施方式中，通过监测激光的空间变化，能够抑制在将形成的多晶硅膜201b中的不均匀的发生。
57.注意，固态激光器具有高相干性并且不太可能引起空间变化，而气体激光器具有低相干性并且可引起空间变化。因此，本实施方式适用于气体激光器，特别是准分子激光器。
58.图1中的脉冲测量仪器100、监测装置60和控制装置70被配置成用于监测激光的空间变化，并且控制所监测的空间变化。脉冲测量仪器100和监测装置60可用作测量激光的脉冲波形的测量单元。此外，监测装置60和控制装置70可由具有两种功能的处理装置代替。
59.脉冲测量仪器100是用于测量(探测)要施加到基材200的激光的脉冲波形的测量装置(光电探测装置)。在该示例中，脉冲测量仪器100测量从落射镜40透射的激光l4。脉冲测量仪器100测量包含在激光l4中的多个光束(例如，第一部分光和第二部分光)的强度，并且将测量结果输出到监测装置60。因为仅需要测量施加于基材200的激光的空间变化，所以脉冲测量仪器100可以在退火光学系统2中的其他点处测量激光。例如，可以测量透射通过反射镜21或者反射镜22的激光。
60.监测装置60和控制装置70可以是专用于ela装置1的装置，或者可以是通用计算机装置，诸如个人计算机和服务器计算机。在这样的装置中，通过由处理器(诸如cpu，中央处理单元)执行存储在存储单元中的预定程序来实现监测装置60和控制装置70的各项功能。监测装置60和控制装置70中的每一个可以由一个装置实现，或者可以由网络上的多个装置实现。
61.监测装置60连接到脉冲测量仪器100和控制装置70，使得可以在它们之间输入和输出各种信息和信号。监测装置(监测单元)60通过比较脉冲测量仪器100的输入测量结果来监测激光(本例中的激光l4)的空间变化。监测装置60由通过脉冲测量仪器100测量的激光l4的强度生成激光l4的脉冲波形。监测装置60生成包含在激光l4中的多个光束的脉冲波形，并计算用于评估脉冲波形的评估参数。监测装置60比较激光l4中的多个光束的脉冲波形和评估参数，并确定它们之间的差异。监测装置60包括诸如显示器的显示单元，在显示单元上显示激光l4的脉冲波形、强度等。监测装置60基于脉冲波形的比较结果来确定激光l4
中是否存在空间变化，并将确定结果输出至控制装置70。
62.控制装置(控制单元)70连接到监测装置60和激光振荡器10，使得可以在它们之间输入和输出各种信息和信号。控制装置70基于监测装置60的输入确定结果对激光振荡器10执行反馈控制。控制装置70控制激光的生成条件，以抑制激光的空间变化。例如，控制装置70通过控制用于驱动激光振荡器10中的谐振腔反射镜12的伺服马达来调节谐振腔反射镜12的角度，从而控制激光l1的空间分布的强度。控制装置70可以根据监测装置60的确定结果来自动控制谐振腔反射镜12，或者可以根据操作者的操作来控制谐振腔反射镜12。
63.图4a和图4b示出了从激光振荡器10的谐振腔反射镜12发射的激光l1和入射到落射镜40上的激光l2之间的空间分布(光束形状)中的关系。如图4a所示，激光l1具有与谐振腔反射镜12的形状相似的形状，即，基本矩形的空间分布，其纵向方向对应于z方向。此外，如图4b所示，激光l2具有与落射镜40的形状相似的形状，即，基本矩形的空间分布，其纵向方向对应于y方向。换言之，激光l2具有相对于激光光束l1绕光轴旋转90
°
的光束形状。组合在图4a中的激光l1中的从+z侧的位置za1到－z侧的位置zb1的光，以生成在图4b中的激光l2中的从+y侧的位置ya1到－y侧的位置yb1的光(线光束)。类似地，组合在图4a中的激光l1中的从位置za2到位置zb2的光，以生成在图4b中的激光l2中的从位置ya2到位置yb2的光。多晶硅膜201b中出现的不均匀性，即沿y方向的照射不均匀，由作为一个因素的激光光束l2中z方向的变化引起。因此，在本实施方式中，监测激光l2(l4是l2的透射光)中沿z方向的变化。此外，为了调整与在激光l2的z方向上的空间相对应的在激光l1的y方向上的光的强度，谐振腔反射镜12绕沿y方向上的中心y0旋转，以控制其角度。
64.《对比示例的脉冲测量仪器》
65.这里，为了加深对本实施方式的理解，将参照图5和图6描述应用本实施方式之前的对比示例的脉冲测量仪器900的结构。图5是示出了脉冲测量仪器900的示意性结构的侧视图，图6是示出了脉冲测量仪器900的示意性结构的立体图。如图5和图6所示，脉冲测量仪器900包括光电探测器901和聚光透镜902。
66.例如，聚光透镜902和光电探测器901被设置在落射镜40的y方向上的中心附近。聚光透镜902将透射通过落射镜40的激光l4会聚到光电探测器901的光接收部分上。光电探测器901探测由聚光透镜902会聚的激光l4的强度。
67.如上所述，在对比示例的脉冲测量仪器900中，激光l4的所有光束由一个光电探测器901共同探测。在该示例中，激光l2和激光l4包括光束b1至b11，并且光电探测器901探测会聚的激光l4的所有光束b1至b11。然而，当如对比示例的脉冲测量仪器900中那样通过一个探测器探测全部激光时，即使光束之间存在变化，这些变化也会被平均，这使得探测空间变化变得不可能。
68.《第一实施方式的脉冲测量仪器》
69.将参照图7和图8描述根据本实施方式的脉冲测量仪器100的结构。图7是示出了脉冲测量仪器100的示意性结构的侧视图，图8是示出了脉冲测量仪器100的示意性结构的立体图。如图7和图8所示，脉冲测量仪器100包括多个光电探测器101和多个聚光透镜102。例如，光电探测器101是双平面管或光电二极管，而聚光透镜102是柱面透镜。
70.在该示例中，提供三个光电探测器(即，光电探测器101a(第一光电探测器)、光电探测器101b(第二光电探测器)和光电探测器101c(第三光电探测器))作为光电探测器101，
并且提供三个聚光透镜(即，聚光透镜102a(第一聚光透镜)、聚光透镜102b(第二聚光透镜)和聚光透镜102c(第三聚光透镜))作为聚光透镜102。例如，聚光透镜102a至102c和光电探测器101a至101c被设置在落射镜40的y方向上的中心附近，并且沿z方向被设置成一行。由于聚光透镜102a至102c和光电探测器101a至101c仅需要能够探测在z方向上的多个位置处的光，因此它们可以设置在落射镜40的y方向上的中心之外，或者可以设置在z方向上，斜地排列。
71.聚光透镜102a至102c分别将透射通过落射镜40的激光l4的相应的光束组会聚到光电探测器101a至101c的光接收部分上。光电探测器101a至101c探测已经由聚光透镜102a至102c会聚的激光l4的相应的光束组的强度。包括在光束组中的光束由聚光透镜会聚，从而可以在光束组的基础上探测光束。
72.在该示例中，光束b1至b11被分组成三个光束组bg1至bg3，并且上侧(+z侧)的四个光束b1至b4被分组成光束组bg1(第一光束组)，中间的三个光束b5至b7被分组成光束组bg2(第二光束组)，并且下侧(－z侧)的四个光束b8至b11被分组成光束组bg3(第三光束组)。光束组bg1的光束b1至b4被聚光透镜102a会聚，并且被会聚的光被光电探测器101a探测。类似地，光束组bg2的光束b5至b7被聚光透镜102b会聚，并且会聚的光被光电探测器101b探测。光束组bg3的光束b8至b11被聚光透镜102c会聚，并且被会聚的光被光电探测器101c探测。多个光束组可由多个光探测器同时探测。
73.如上所述，在根据本实施方式的脉冲测量仪器100中，包含在激光l4中的多个光束由多个光电探测器101a至101c探测，同时将这些光束分组。通过探测包含在激光l4中的每个光束(组)的激光l4的强度，这使得可以可靠地探测激光l4的空间变化。例如，针对三个光束组中的每一个光束组探测激光l4，这使得可以探测激光l4的上部、中心和下部之间的空间变化。要探测的光束组的数量不限于三个，并且可以是任意数量的光束组，并且可以任意设置包括在每个光束组中的光束的数量。此外，可以单独探测每个光束(第一光束到第十一光束)而不提供任何光束组。通过增加使用光电探测器的探测频率，可以提高空间变化的探测精度。
74.《第一实施方式的脉冲波形监测方法》
75.将参照图9描述由根据本实施方式的ela装置1执行的脉冲波形监测方法。图9是示出根据本实施方式的脉冲波形监测方法的流程图。例如，该脉冲波形监测方法与ela装置1中的半导体装置的制造工艺分开执行。对于每组重复执行半导体装置的制造工艺，其中多个半导体装置被分组为一组。根据本实施方式的脉冲波形监测方法是通过将ela装置1设置为在前一组的制造工艺和下一组的制造工艺之间的测量模式来执行的。结果，可以在半导体装置的制造工艺中在半导体膜上出现不均匀之前探测激光的空间变化，从而可以预先抑制半导体膜上不均匀的出现。
76.如图9所示，ela装置1首先开始照射激光(s101)。换句话说，控制装置70指示激光振荡器10响应用户的操作而开始振荡。激光振荡器10根据控制装置70的指令开始振荡，并发射激光l1。经由输入光学系统20通过光束整形器30将发射的激光l1整形为多个线光束。成形的激光l2被落射镜40反射，并且反射的激光l3照射在基材200上。由于该脉冲波形监测方法是与半导体装置的制造工艺分开执行的，所以基材200可以不放置在平台51上。
77.随后，ela装置1测量已经开始用于照射的激光(s102)。换句话说，脉冲测量仪器
100探测透射通过落射镜40的激光l4的强度。在本实施方式中，脉冲测量仪器100的光电探测器101a至101c将激光l4的光束b1至b11分成三个光束组bg1至bg3，探测各个光束组的强度，并将探测结果输出到监测装置60。
78.随后，ela装置1生成所测量的激光的脉冲波形(s103)。换言之，监测装置60从脉冲测量仪器100获取光束组bg1至bg3的强度，并且基于所获取的强度为每个光束组bg1至bg3生成脉冲波形。例如，脉冲宽度被设置为20ns至100ns，并且以脉冲宽度的周期生成脉冲波形。
79.图10示出了所生成的脉冲波形的示例。由于本实施方式中的激光是准分子激光，所以激光具有在里面第一峰p1和第二峰p2连续出现的波形，并且第二峰具有的强度比首先出现的第一峰p1的强度低。脉冲波形的面积a1表示脉冲的能量。
80.监测装置60计算第一峰p1、第二峰p2和面积a1(能量)作为脉冲的评估参数。注意，可以计算其他评估参数，例如脉冲宽度和到第一峰p1的上升时间。此外，监测装置60根据在预定时段中产生的脉冲波形来确定评估参数的统计值，例如方差值(σ)、平均值、最小值和最大值。
81.随后，ela装置1确定脉冲波形中是否存在空间变化(s104)。换言之，监测装置60基于光束组bg1至bg3的脉冲波形来评估空间变化。监测装置60比较光束组bg1的脉冲波形、光束组bg2的脉冲波形和光束组bg3的脉冲波形。例如，监测装置60确定在第一峰p1、第二峰p2和面积a1的方差值、平均值、最小值、最大值等中的差异，它们是脉冲波形的评估参数。可以确定在特定时间的脉冲波形的评估参数中的差异。通过基于多个脉冲波形获取方差值等的差异，可以精确地评估变化。例如，在评估参数的方差值中的差异大于预定的阈值的情况下，监测装置60确定存在空间变化，在该差异不大于预定的阈值的情况下，监测装置60确定不存在空间变化。
82.如果在s104中确定没有空间变化，则终止监测方法，并且ela装置1对下一组半导体装置执行制造工艺。另一方面，当确定存在空间变化时，ela装置1调节激光(s105)。换言之，当监测装置60确定存在空间变化时，控制装置70控制激光振荡器10的谐振腔反射镜12的角度，以调节激光l1的空间分布的强度。控制装置70以预定角度改变谐振腔反射镜12的倾斜，并在s102至s103中进一步测量激光。重复激光的调节，直到评估参数的评估值中的差异收敛，并且确定没有空间变化。用于调节谐振腔反射镜12的角度可以根据空间变化的幅度等而改变。
83.《测量结果》
84.参见图11至图13，描述说明在使用对比示例的脉冲测量仪器900的情况下的测量结果和在使用根据本实施方式的脉冲测量仪器100的情况下的测量结果。图11至图13示出了在50hz、300hz和500hz的脉冲重复频率下的测量结果。图11示出了在各频率下的脉冲波形，图12示出了脉冲波形的第一峰p1的方差值(σ)，并且图13示出了脉冲波形的面积a1(能量)的方差值(σ)。
85.如图11所示，由对比示例的脉冲测量仪器900测量的脉冲波形在50hz至500hz中的任何频率下具有基本理想的形状(例如，如图10所示)。对比示例只能测量稳定的脉冲波形，并且因此不能掌握任何空间变化。另一方面，通过根据本实施方式的脉冲测量仪器100测量的脉冲波形显然在任何频率下在光束组bg1至bg3中具有不同的形状。因此，本实施方式可
以通过比较光束组bg1至bg3的波形来掌握空间变化。
86.在图11中，在50hz的频率下，光束组bg3的脉冲波形接近于如对比示例中的理想脉冲波形。比较光束组bg1至bg3的脉冲波形，光束组bg1和bg2的脉冲波形具有第一峰p1和第二峰p2，其低于光束组bg3的脉冲波形的第一峰和第二峰，并且光束组bg1和bg2中的第一峰p1的凸起部分的形状是钝的。
87.此外，在300hz的频率下，光束组bg2和bg3的脉冲波形接近对比示例中的理想脉冲波形。比较光束组bg1至bg3的脉冲波形，光束组bg1的脉冲波形具有第一峰p1和第二峰p2，其低于光束组bg2和bg3的脉冲波形的第一峰和第二峰，并且光束组bg1的第一峰p1的形状是钝的。
88.此外，在500hz的频率下，光束组bg1至bg3的脉冲波形都不同于理想脉冲波形。比较光束组bg1至bg3的脉冲波形，光束组bg1和光束组bg3的脉冲波形具有低于光束组bg2的脉冲波形的第一峰和第二峰的第一峰p1和第二峰p2。此外，光束组bg1的脉冲波形中的第一峰p1的凸起部分的形状比光束组bg2和光束组bg3的脉冲波形中的凸起部分的形状更钝。
89.如图12所示，通过对比示例中的脉冲测量仪器900测量的脉冲波形的第一峰p1的方差值在50hz至500hz的频率具有小的变化。在对比示例中，由于仅能够测量稳定脉冲波形的第一峰p1，因此不可能掌握空间变化。另一方面，在通过根据本实施方式的脉冲测量仪器100的测量结果中，在任意频率下在光束组bg1至bg3之间出现差异。因此，可以通过比较光束组bg1至bg3的第一峰p1来掌握空间变化。特别地，在500hz的频率下，光束组bg2和光束组bg3之间的差异较大，从而可以确定在本实施方式中存在空间变化。
90.在图12中，在50hz时，光束组b1的值等于1.1，光束组b2的值等于0.9，并且光束组b3的值等于0.5。在300hz时，光束组b1的值等于1.1，光束组b2的值等于1.0，并且光束组b3的值等于0.6。换句话说，在50hz和300hz时，光束组b1和光束组b2中的每一个光束组与光束组b3之间存在大约0.5的差。此外，在500hz时，光束组b1的值等于2.9，光束组b2的值等于1.5，并且光束组b3的值等于4.1。换句话说，在500hz时，在光束组b1和光束组b2之间存在1.4的差，并且在光束组b2和光束组b3之间也存在2.6的差，使得空间变化较大。
91.如图13所示，通过对比示例的脉冲测量仪器900测量的脉冲波形的面积a1的方差值在50hz至500hz的频率中具有小的变化。在对比示例中，与第一峰p1的情况相同，仅能够测量稳定脉冲波形的面积a1，从而不可能掌握空间变化。另一方面，通过根据本实施方式的脉冲测量仪器100获得的测量结果表明，在任意频率在光束组bg1至bg3之间出现差异。因此，可以通过比较光束组bg1至bg3的面积a1来掌握空间变化。如在图12所示的第一峰p1的情况下一样，在500hz频率时，光束组bg2和光束组bg3之间的差异较大，从而在本实施方式中可以确定存在空间变化。
92.在图13中，在50hz时，光束组b1的值等于0.9，光束组b2的值等于0.8，并且光束组b3的值等于0.4。换句话说，在50hz时，光束组b1和光束组b2中的每个光束组与光束组b3之间存在大约0.5的差。此外，在300hz时，光束组b1的值等于1.3，光束组b2的值等于1.4，并且光束组b3的值等于0.6。换句话说，在300hz时，光束组b1和光束组b2中的每个光束组与光束组b3之间存在大约0.8的差。此外，在500hz时，光束组b1的值等于2.3，光束组b2的值等于0.9，并且光束组b3的值等于7.0。换句话说，在500hz时，在光束组b1和光束组b2之间存在1.4的差，并且在光束组b2和光束组b3之间也存在6.1的差，使得空间变化较大。
93.《第一实施方式的效果》
94.如上所述，在本实施方式中，激光退火装置被配置为监测用来照射待处理的对象的激光的空间变化，并且根据该空间变化控制激光。结果，可以探测可与要形成的半导体膜的不均匀相关的激光，并且可以抑制半导体膜中不均匀的发生。此外，可以根据激光振荡器的个体差异来优化要用于照射的激光。此外，在脉冲测量仪器中，可以通过探测包括在激光中的多个光束组(或者多个光束)中的每一个的强度来可靠地探测空间变化。例如，通过提供多个光电探测器，可以同时探测多个光束组的强度。
95.(第二实施方式)
96.接下来描述第二实施方式。在本实施方式中，仅在ela装置中配备的脉冲测量仪器的结构与第一实施方式中的结构不同。根据本实施方式的脉冲测量仪器通过一个光电探测器测量由开缝部选择的光束。其他与第一实施方式中的相同，因此省略其说明。
97.《第二实施方式的脉冲测量仪器》
98.参照图14至图18说明本实施方式的脉冲测量仪器100的结构。图14是示出了脉冲测量仪器100的示意性结构的侧视图，图15是示出了脉冲测量仪器100的示意性结构的立体图，图16是脉冲测量仪器100的开缝部的前视图。图17和图18是示出了脉冲测量仪器100中的开缝部的其他状态的侧视图。
99.如图14和图15所示，根据本实施方式的脉冲测量仪器100包括光电探测器101和聚光透镜102。光电探测器101和聚光透镜102具有与图5和图6中的对比示例相同的结构。换言之，聚光透镜102和光电探测器101设置在落射镜40的中心附近，聚光透镜102会聚激光l4的光束，并且光电探测器101探测所会聚的光束。
100.此外，脉冲测量仪器100包括设置在落射镜40和聚光透镜102之间的开缝部103。开缝部103是用于选择激光l4中的一些光束并使之透过的光束选择单元。换句话说，聚光透镜102会聚由开缝部103选择的激光l4的光束。
101.如图16所示，开缝部103包括沿y方向平行设置的矩形遮光板103a和遮光板103b。上部遮光板103a遮蔽激光l4的上侧光束，下部遮光板103b遮蔽激光l4的下侧光束，使得激光l4的一部分从遮光板103a与遮光板103b之间的开口部分103c透过。
102.此外，如图14所示，开缝部103是可由气缸104沿z方向驱动的可移动开缝部。例如，气缸104是两级式气缸，并且通过驱动开缝部103来选择光束组bg1至bg3中的任一个，使得开缝部103停止在两级(图14中的位置z1和位置z4之间)。气缸104包括用于驱动遮光板103a的驱动单元104a和用于驱动遮光板103b的驱动单元104b。通过驱动单元104a和驱动单元104b使得遮光板103a和遮光板103b被相互协调驱动，以沿z方向上下移动开口部分103c，从而选择要透过开口部分103c的激光l4中的光束。驱动单元104b将下遮光板103b的上端部从位置z1驱动到位置z2，并进一步将其从位置z2驱动到位置z3。驱动单元104a将上遮光板103a的下端部从位置z4驱动到位置z3，并进一步将其从位置z3驱动到位置z2。例如，驱动单元104a和驱动单元104b的驱动由监测装置60控制。
103.图14、图17和图18示出了开缝部103的三种状态。图14示出了这样的状态，在其中，开缝部103使得包括光束b1至光束b11中的较低的四个光束b8至b11的光束组bg3能够透过。换言之，通过驱动单元104b将下侧遮光板103b的上端部定位在位置z1(第一位置)处，并且通过驱动单元104a将上侧遮光板103a的下端部定位在位置z2(第二位置)处，由此光束b8至
光束b11透过在位置z1与位置z2之间的开口部分103c。
104.图17示出了这样的状态，在其中，开缝部103使得包括光束b1至光束b11中的三个中心光束b5至b7的光束组bg2能够透过。换言之，通过驱动单元104b将下侧遮光板103b的上端部定位在位置z2(第二位置)处，并且通过驱动单元104a将上侧遮光板103a的下端部定位在位置z3(第三位置)处，由此光束b5至b7透过在位置z2与位置z3之间的开口部分103c。
105.图18示出了这样的状态，在其中，开缝部103使得包括光束b1至光束b11中的上部四个光束b1至b4的光束组bg1能够透过。换言之，通过驱动单元104b将下侧遮光板103b的上端部定位在位置z3(第三位置)处，并且通过驱动单元104a将上侧遮光板103a的下端部定位在位置z4(第四位置)处，由此光束b1至b4透过在位置z3与位置z4之间的开口部分103c。
106.开缝部103的开口部分103c的位置可以预先设定，或者可以自动探测。例如，遮光板103a和遮光板103b之一的位置是固定的，并且在沿z方向逐渐移动另一遮光板的位置的同时探测透过的光的强度。在这种情况下，光强度的累积值根据光束逐步改变，从而可以从光强度变化很大的位置探测到所选光束在z方向上的位置。
107.《变型方案的脉冲测量仪器》
108.在本实施方式中，通过分割激光获得的光束可以如第一实施方式的情况一样由光电探测器探测，或者可以探测通过开缝部的未分割(或分割之前)的激光。图19示出了测量未分割的激光(原始光束)的变型方案的脉冲测量仪器100的结构。如图19所示，变型方案的脉冲测量仪器100具有与图14所示的实施方式的脉冲测量仪器100相同的结构。
109.在该示例中，未分割的激光l5被落射镜40反射以获得激光l6，并且光的一部分透射通过以获得激光l7。如图14所示的情况一样，开缝部103选择激光l7的一部分并使之透过，聚光透镜102会聚由开缝部103选择的激光l7的一部分，光电探测器101探测会聚的光。
110.《第二实施方式的效果》
111.如上所述，在本实施方式中，ela装置的脉冲测量仪器包括用于选择要测量的光的开缝部。结果，如在第一实施方式中那样，可以监测激光的空间变化。例如，通过使用可移动的开缝部，可以任意地选择待测量的光，从而可以通过一个探测器探测多个空间中的光。即使当设置的光电探测器的数量有限时，也可以可靠地监测激光的空间变化。
112.(第三实施方式)
113.接下来描述第三实施方式。在本实施方式中，仅配备在ela装置中的脉冲测量仪器的结构不同于第一实施方式和第二实施方式中的结构。根据本实施方式的脉冲测量仪器通过多个光电探测器测量由开缝部选择的光束。其他与在第一实施方式和第二实施方式中的相同，因此省略其描述。
114.《第三实施方式的脉冲测量仪器》
115.参照图20至图22描述根据本实施方式的脉冲测量仪器100的结构。图20是示出了脉冲测量仪器100的示意性结构的侧视图，图21是示出了脉冲测量仪器100的示意性结构的立体图，图22是脉冲测量仪器100中的开缝部的前视图。
116.如图20和图21所示，根据本实施方式的脉冲测量仪器100包括多个光电探测器101和多个聚光透镜102。脉冲测量仪器100例如包括三个光电探测器101a至101c和三个聚光透镜102a至102c，如第一实施方式的图7和图8的情况那样。换言之，光束组bg1的光束b1至b4经过聚光透镜102a通过光电探测器101a探测。同样，光束组bg2的光束b5至b7经过聚光透镜
102b通过光电探测器101b探测，而光束组bg3的光束b8至b11经过聚光透镜102c通过光电探测器101c探测。
117.此外，脉冲测量仪器100包括如第二实施方式中那样设置在落射镜40和聚光透镜102之间的开缝部103。如图22所示，开缝部103是矩形遮光板103d，遮光板103d具有矩形开口部分103e至103g。开口部分103e至103g形成为以与透射激光l4的光束的位置对应的方式在z方向上斜地配置。透过开口部分103e至103g的相应的光束分别由聚光透镜102a至102c会聚。光探测器101a至101c分别设置在面对开口部分103e至103g的位置。例如，开口部分103e至103g形成在这样的位置，其中，开口部分103e至103g在遮光板103d中在z方向上彼此不重叠，由此可以选择任何光束并使其透过每个开口。在该示例中，当从遮光板103d的入射表面侧观察时，开口部分103e形成在遮光板103d中的左上侧，并且使包括光束b1至b4的光束组bg1透过。当从遮光板103d的入射表面侧观察时，开口部分103f形成在遮光板103d的中心，并且使包括光束b5至b7的光束组bg2透过开口部分103f。当从遮光板103d的入射表面侧观察时，开口部分103g形成在遮光板103d中的右下侧，并且使包括光束b8至b11的光束组bg3透过。开口部分103e可形成在遮光板103d中的右上侧，开口部分103f可形成在遮光板103d中的中央，开口部分103g可形成在遮光板103d中的左下侧。
118.《第三实施方式的效果》
119.如上所述，在本实施方式中，与第二实施方式的情况一样，ela装置的脉冲测量仪器包括用于选择要测量的光的开缝部。结果，可以如第一实施方式和第二实施方式中那样监测激光的空间变化。例如，固定型开缝部设置有分别对应于多个要测量的光的开口部分，由此可以在不提供用于驱动开缝部的任何驱动机构的情况下探测多个空间中的光。此外，通过提供如第一实施方式中那样的多个光电探测器，可以同时探测激光的多个光。本实施方式中的脉冲测量仪器还可以测量未分割的激光，如变型方案的图19所示。
120.(另一实施方式)
121.接下来，作为另一实施方式，将描述通过使用根据上述实施方式的ela装置制造半导体装置的方法。在以下用于制造半导体装置的方法中，在使非晶半导体膜结晶的步骤中使用根据第一实施方式至第三实施方式的ela装置执行退火处理。
122.半导体装置是包括tft(thin film transistor，薄膜晶体管)的半导体装置，并且在这种情况下，可以用激光照射非晶硅膜，以使非晶硅膜结晶，从而形成多晶硅膜。多晶硅膜用作具有tft的源区、沟道区和漏区的半导体层。
123.《根据另一实施方式的用于制造半导体装置的方法》
124.图23至图27是示出了用于制造半导体装置的方法的示例的截面图。根据上述实施方式的ela装置适合于制造tft阵列基材。在下文中，将描述用于制造具有tft的半导体装置的方法。
125.首先，如图23所示，在玻璃基材91(对应于上述基材200)上形成栅电极92。例如，可以使用包括铝等的金属薄膜作为栅电极92。接着，如图24所示，在栅电极92上形成栅极绝缘膜93。形成栅极绝缘膜93以覆盖栅电极92。此后，如图25所示，在栅极绝缘膜93上形成非晶硅膜94(对应于上述非晶硅膜201a)。非晶硅膜94被设置为隔着栅极绝缘膜93与栅电极92重叠。
126.栅极绝缘膜93是氮化硅膜(sin
x
)、氧化硅膜(sio2膜)、其层叠膜等。具体地，通过
cvd(chemical vapor deposition，化学气相沉积)方法连续地形成栅极绝缘膜93和非晶硅膜94。玻璃基材91通过非晶硅膜94用作激光处理装置中的半导体膜。
127.此后，如图26所示，通过使用上述ela装置用激光l3照射非晶硅膜94以使非晶硅膜94结晶，从而形成多晶硅膜95(对应于上述多晶硅膜201b)。结果，在栅极绝缘膜93上形成其中硅已经结晶的多晶硅膜95。在该步骤之前，执行使用上述ela装置的脉冲波形监测方法，从而可以抑制多晶硅膜95中不均匀的出现。
128.此后，如图27所示，在多晶硅膜95上形成层间绝缘膜96、源电极97a和漏电极97b。层间绝缘膜96、源电极97a和漏电极97b可以通过使用一般的光刻方法或者成膜方法形成。省略随后的制造步骤，因为它们根据最终要制造的装置而不同。
129.通过使用上述制造半导体装置的方法，可以制造具有包括多晶半导体膜的tft的半导体装置。这种半导体装置适合于控制高清晰度显示器，例如有机电致发光显示器(有机发光二极管显示器)。通过如上所述抑制多晶硅膜的不均匀，可以以高生产率制造具有优异显示特性的显示装置。
130.本发明不限于上述实施方式，并且可以在不脱离本发明主旨的情况下适当地修改。例如，在激光退火装置中，本发明并不限于用激光光束照射非晶硅膜以形成多晶硅膜的示例，而且也可以用激光照射非晶硅膜以形成微晶硅膜。此外，可以用激光照射硅膜以外的非晶膜，以形成结晶膜。
131.本技术要求基于2019年9月12日提交的日本专利申请jp 2019－165811的优先权，并在此引入其所有公开内容。
132.附图标记列表
133.1 ela装置
134.2 退火光学系统
135.10 激光振荡器
136.11、12 谐振腔反射镜
137.20 输入光学系统
138.21、22 反射镜
139.30 光束整形器
140.40 落射镜
141.50 激光照射腔室
142.51 平台
143.52 基座
144.60 监测装置
145.70 控制装置
146.91 玻璃基材
147.92 栅电极
148.93 栅极绝缘膜
149.94 非晶硅膜
150.95 多晶硅膜
151.96 层间绝缘膜
152.97a 源电极
153.97b 漏电极
154.100 脉冲测量仪器
155.101、101a、101b、101c 光电探测器
156.102、102a、102b、102c 聚光透镜
157.103 开缝部
158.103a、103b、103d 遮光板
159.103c、103e、103f、103g 开口部分
160.104 气缸
161.104a、104b 驱动单元
162.200 基材
163.201 硅膜
164.201a 非晶硅膜
165.201b 多晶硅膜