CN108022853B - 激光退火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够推测注入于较深区域的掺杂剂的活性化率的激光退火装置。退火对象物保持在从激光光源输出的激光束入射的位置。红外线检测器检测来自退火对象物的热辐射光。在从退火对象物到红外线检测器为止的热辐射光的路径上配置有不使波长比1μm短的光入射到红外线检测器的光学元件。

Description

激光退火装置

技术领域

本发明涉及一种激光退火装置。

背景技术

在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的制造工序中，在距基板的背面1～3μm左右的较深区域形成缓冲层。因此，需要使离子注入到较深区域的掺杂剂活性化。在专利文献1中公开有适于对注入到较深区域的掺杂剂进行活性化退火的激光退火装置。在该激光退火装置中，对激光二极管供给具有顶部平坦的时间波形的脉冲电流。因此，即便是较低的峰值功率密度也能够进行充分的退火。

专利文献1：日本特开2013-74019号公报

通过测定半导体基板的方块电阻能够推测掺杂剂的活性化率。方块电阻的测定通常使用四探针法。然而，四探针法难以测定由注入于1～3μm左右的较深区域的掺杂剂引起的方块电阻。活性化率的测定采用扩展电阻测定法。要想进行扩展电阻测定，需要对退火对象物进行切割、磨削等预处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够推测注入于较深区域的掺杂剂的活性化率的激光退火装置。

根据本发明的一种观点，提供一种激光退火装置，其具有：激光光源，输出激光束；载物台，将退火对象物保持在从所述激光光源输出的所述激光束入射的位置；红外线检测器，检测来自保持于所述载物台的所述退火对象物的热辐射光；光学元件，配置在从所述退火对象物到所述红外线检测器为止的所述热辐射光的路径上，且不使波长比1μm短的光入射到所述红外线检测器。

波长比1μm短的光会被由硅酮制成的退火对象物吸收，因此波长比1μm短的热辐射光难以从较深区域放射到外部。因此，波长比1μm短的热辐射光的强度中反映有相对较浅区域的温度信息，而不会反映有较深区域的温度信息。相对于此，波长比1μm长的热辐射光的强度中反映有较浅区域以及较深区域这两个区域的温度信息。

光学元件不允许波长比1μm短的热辐射光入射到红外线检测器。因此，较浅区域的温度信息给红外线检测器的检测结果带来的影响下降。其结果，能够使用红外线检测器的检测结果和活性化率换算数据来推断较深区域的掺杂剂的活性化率。

附图说明

图1是实施例的激光退火装置的概略图。

图2是使用实施例的激光退火装置制造的IGBT的剖视图。

图3是表示对退火对象物照射一次脉冲激光束时的脉冲激光束的波形以及来自红外线检测器的输出信号波形的测定结果的图表。

图4是表示热辐射光的峰值强度与磷的活性化率之间的关系的图表。

图5是表示热辐射光的峰值强度与磷的活性化率之间的关系的图表。

图6是表示热辐射光的强度的积分值与磷的活性化率之间的关系的图表。

图7是表示热辐射光的强度的积分值与磷的活性化率之间的关系的图表。

图8是表示一次脉冲激光束的波形以及来自红外线检测器的输出信号的经时变化的一个例子的图表。

图9是使用了实施例的激光退火装置的退火方法的流程图。

图10是其他实施例的激光退火装置的概略图。

图11是图10所示的激光退火装置的检测系统的概略图。

图12是使用了图10、图11所示的激光退火装置的退火方法的流程图。

图中：10-激光光源，11-均匀化光学系统，12-分色镜，13-透镜，14-全反射镜，15-光学滤光片，16-透镜，17-红外线检测器，20-控制装置，21-存储装置，22-活性化率换算数据，23-热辐射光检测值，25-输出装置，30-退火对象物，31-载物台，35-热辐射光，40-硅基板，41-基极区，42-发射极区，43-栅电极，44-栅极绝缘膜，45-发射极电极，46-集电极层，47-缓冲层，48-集电极，51-第1激光光源，52-衰减器，53-光束扩展器，54-光束均化器，55-分色镜，56-聚光透镜，57-传播光学系统，61-第2激光光源，61A、61B-固体激光振荡器，62A、62B-衰减器，63A、63B-光束扩展器，64-反射镜，65-分束镜，66-光束均化器，67-分色镜，70-检测系统，71、72-分色镜，73-透镜，74-表面温度检测器，75-全反射镜，76-1/4波片，77-分束镜，78-透镜，79-反射光检测器，80-1/2波片，81-测定用光源，82-参考光检测器。

具体实施方式

图1中示出实施例的激光退火装置的概略图。激光光源10输出脉冲激光束。从激光光源10输出的脉冲激光束的光束分布被均匀化光学系统11均匀化。通过了均匀化光学系统11的脉冲激光束入射到分色镜12。分色镜12反射从激光光源10输出的脉冲激光束的波长区域的光。被分色镜12反射的脉冲激光束被透镜13聚集，并入射到退火对象物30。退火对象物30保持于载物台31。退火对象物30例如为注入有掺杂剂离子的硅晶片。

控制装置20控制载物台31，以使退火对象物30向面内方向移动。使退火对象物30移动的同时使脉冲激光束入射，从而对退火对象物30表面的整个区域进行退火。

若脉冲激光束入射到退火对象物30，则入射位置的表层部被加热，掺杂剂被活性化。从被加热的部分放射出热辐射光35。热辐射光35的一部分被透镜13聚集。分色镜12使波长为1μm以上的波长区域的光透过。透过分色镜12的热辐射光35被全反射镜14反射，并且透过光学滤光片15以及透镜16入射到红外线检测器17。

作为光学滤光片15，使用不让波长比1μm短的波长区域的光透过的长通滤光片或带通滤光片。构成配置在从退火对象物30到红外线检测器17为止的路径上的透镜13、16等光学元件的光学玻璃具有吸收波长约3μm以上的光的性质，因此，红外线检测器17能够检测的热辐射光的波长的上限约为3μm。因此，作为光学滤光片15使用带通滤光片的情况下，优选将长波长侧的截止波长设为3μm以上。通过在红外线检测器17之前配置光学滤光片15，热辐射光中的波长比1μm短的成分不会被红外线检测器17检测出，只有波长比1μm长的成分的强度被红外线检测器17检测出。

另外，也可以替代光学滤光片15而配置不使波长比1μm短的热辐射光到达红外线检测器17的其他光学元件。作为一例，若分色镜12反射波长比1μm短的光，则分色镜12还作为不使波长比1μm短的热辐射光到达红外线检测器17的光学元件而发挥作用。

红外线检测器17的热辐射光的检测结果输入到控制装置20。控制装置20将来自红外线检测器17的检测结果与退火对象物30的面内的位置建立关联并作为热辐射光检测值23而存储于存储装置21。作为一例，针对脉冲激光束的每一次照射获得热辐射光的强度的经时变化。存储于存储装置21的检测结果例如为每一次照射脉冲激光束时的热辐射光强度的峰值或积分值。

透镜13及透镜16使退火对象物30的表面成像于红外线检测器17的受光面。成像倍率例如为1倍。红外线检测器17的受光面为直径大约为1mm的圆形。退火对象物30表面上的脉冲激光束的光束点例如为长约2.5mm、宽约0.25mm的长条形状。此时，光束点的宽度方向上的整个区域进入红外线检测器17的受光面。关于光束点的长度方向，仅其一部分进入受光面。通过调整红外线检测器17的受光面的位置，能够接收来自光束点的长度方向上的所希望的位置的热辐射光。例如，来自光束点的长度方向上的中心的热辐射光入射于受光面。

通过改变红外线检测器17的受光面的大小或成像倍率，可不检测光束点宽度方向上的整个区域而只检测宽度方向上的一部分。若减小在受光面检测出的区域相对于光束点整个区域的面积比，则会导致从红外线检测器17输出的信号强度的下降。因此，优选根据需要的信号强度而确定成像倍率或红外线检测器17的受光面的大小。

红外线检测器17的检测结果输入到控制装置20。在控制装置20的存储装置21中存储有活性化率换算数据22。活性化率换算数据22定义由红外线检测器17检测出的热辐射光的强度与注入于退火对象物30的掺杂剂的活性化率之间的对应关系。

控制装置20根据存储于存储装置21中的热辐射光检测值23和活性化率换算数据22来求出活性化率的估算値。该估算值输出到输出装置25。作为一例，输出装置25为图像显示装置，其以图像、图表或数值形式显示退火对象物30的面内的活性化率的分布。

针对掺杂剂的种类以及掺杂剂的离子注入条件而预先准备活性化率换算数据22。控制装置20参考与注入于退火对象物30的掺杂剂的种类以及离子注入条件相对应的活性化率换算数据22求出活性化率的估算值。

作为用于求出活性化率的估算值的红外线检测器17的检测结果可以采用针对脉冲激光束的每一次照射检测出的热辐射光的强度的峰值。除此之外，还可以采用针对每一次照射检测出的热辐射光的强度的积分值。

比1μm长的波长区域的光透过硅晶片。因此，波长比1μm长的热辐射光从退火对象物30的较深区域放射到外部。相对于此，波长比1μm短的热辐射光容易被退火对象物30吸收，因而在较深区域产生的波长比1μm短的热辐射光难以到达退火对象物30的外部。因此，波长比1μm短的热辐射光的强度主要反映较浅区域的温度信息。相对于此，波长比1μm长的热辐射光的强度反映较浅区域和较深区域这两个区域的的温度信息。在实施例中，比1μm短的波长区域的热辐射光被遮蔽，比1μm长的波长区域的热辐射光被红外线检测器17检测。因此，不仅能够获得退火对象物30的较浅区域的温度信息，还能够获得较深区域的温度信息。

由于退火对象物30的较深区域的温度信息反映到红外线检测器17的检测结果，因此能够推测注入于较深区域的掺杂剂的活性化率。

若退火对象物30的温度上升，则能带隙会变窄，因此比1μm稍长的波长区域的热辐射光也难以透过退火对象物30。因此，1μm附近的波长区域的热辐射光中较大地反映有退火对象物30的较浅区域的温度，而较深区域的温度难以反映到1μm附近的波长区域的热辐射光中。整体而言，比1μm长的波长区域的热辐射光中相对较大地反映有较浅区域的温度。

为了使较深区域的温度在退火对象物30的温度上升的情况下也能够充分反映到热辐射光的强度，优选利用光学滤光片15阻断波长比1.5μm短的热辐射光，更优选阻断波长比2μm短的热辐射光。

作为光学滤光片15使用长通滤光片时，为了阻断波长比1.5μm短的热辐射光，可以将截止波长设为1.5μm或比其更长。作为光学滤光片15使用带通滤光片时，可以将短波长侧的截止波长设为1.5μm或比其更长。为了阻断波长比2μm短的热辐射光，可以将截止波长设为2μm或比其更长。

若长通滤光片的截止波长或带通滤光片的短波长侧的截止波长过长，则热辐射光的几乎所有成分会被光学滤光片15阻断。为了保证入射于红外线检测器17的热辐射光的强度，优选将截止波长设为2.5μm或比其更短。

带通滤光片的长波长侧的截止波长优选设为3μm以上。波长约3μm以上的热辐射光会被配置在从退火对象物30到红外线检测器17为止的路径上的透镜13、16等光学元件吸收。因此，若将带通滤光片的长波长侧的截止波长设为长于3μm，则能够将待检测波长区域的热辐射光的透过率维持为较高。换言之，能够抑制信号强度的下降。

图2中示出使用实施例的激光退火装置制造的IGBT的剖视图。IGBT构成为，在n型硅基板40的表面配置有p型基极区41、n型发射机区域42、栅电极43、栅极绝缘膜44、发射极电极45。并且，利用栅极-发射极之间的电压进行电流的开关控制。

在硅基板40的相反一侧的表面上形成有p型集电极层46。在比集电极层46更深的区域形成有n型缓冲层47。集电极层46以及缓冲层47如下形成：通过离子注入分别注入杂质（例如，硼以及磷）后进行活性化退火而形成。在该活性化退火中使用如图1所示的激光退火装置。在活性化退火之后，集电极48形成在集电极层46的表面。

图3中示出对退火对象物30照射一次脉冲激光束时的脉冲激光束的波形以及来自红外线检测器17的输出信号波形的检测结果。横轴以单位“μs”表示经过时间，纵轴表示信号强度。实线a表示脉冲激光束的波形，实线b表示来自红外线检测器17的输出信号波形。红外线检测器17的输出信号的强度对应于来自退火对象物30的热辐射光的强度。

在脉冲激光束刚上升后，退火对象物30的温度上升不够充分，因此热辐射光的强度在红外线检测器17的检测限度以下。从脉冲激光束上升之后经过大约10μs的时刻起，红外线检测器17的输出信号强度开始增加。温度模拟试验的结果，此时的退火对象物30的表面温度为约800℃。若退火对象物30的表面温度成为800℃以上，就可以测量热辐射光的强度。另外，能够测量热辐射光的强度的表面温度依赖于红外线检测器17的灵敏度或从退火对象物30到红外线检测器17为止的路径上的热辐射光的衰减量。

从脉冲激光束已下降的时刻起，红外线检测器17的输出信号强度开始下降。这意味着退火对象物30的温度开始下降。

在将从激光光源10输出的脉冲激光束的脉冲能量密度设为最大额定值的条件下进行退火时，优选调整红外线检测器17的受光面上的热辐射光的强度，以免红外线检测器17的信号强度饱和。在该调整中可以使用例如反射型中性密度滤光片。

接着，对进行活性化退火后测量热辐射光的强度和活性化率的评价实验的结果进行说明。作为退火对象物30（图1），使用了离子注入有磷的硅晶片。作为激光光源10，使用了振荡波长为808nm的激光二极管。退火对象物30的表面上的光束点为长2.5mm、宽0.25mm的长条形状。使该光束点以67%的重叠率沿宽度方向移动而进行主扫描，之后使该光束点以50%的重叠率沿长度方向移动而进行副扫描。反复进行主扫描和副扫描，从而对退火对象物30的表面的整个区域进行退火。

图4至图7中示出评价实验的结果。图4及图5表示热辐射光的峰值强度与磷的活性化率之间的关系。图6及图7表示热辐射光的强度的积分值与磷的活性化率之间的关系。

图4及图5的横轴以来自红外线检测器17的输出信号的单位“V”表示热辐射光的峰值强度，纵轴以单位“%”表示磷的活性化率。图4及图5的圆形记号表示以脉冲宽度为20μs的条件进行退火时的活性化率，方形记号表示以脉冲宽度为15μs的条件进行退火时的活性化率。在图4的评价实验中使用的退火对象物30为以3MeV的加速能量离子注入磷的硅晶片，在图5的评价实验中使用的退火对象物30为以2MeV的加速能量离子注入磷的硅晶片。磷的剂量在图4及图5的评价实验中均为5×10¹²cm^-2。

在以加速能量为3MeV的条件离子注入磷的情况下，杂质浓度在深度约为2μm处显示为最高，杂质浓度分布的下降边延伸至大约4μm的深度。在以加速能量为2MeV的条件离子注入磷的情况下，杂质浓度在深度为1.6～1.8μm处显示为最高，杂质浓度分布的下降边延伸至大约3μm的深度。

由图4及图5可知，随着热辐射光的峰值强度增大，活性化率也变高。因此，通过参考热辐射光的峰值强度与活性化率之间的对应关系，能够从热辐射光的峰值强度求出活性化率的估算值。在本实施例中，图1所示的活性化率换算数据22包含热辐射光的峰值强度与活性化率之间的对应关系。该对应关系针对脉冲宽度、离子注入的加速能量以及掺杂剂的种类而规定。活性化率换算数据22可以由从热辐射光的峰值强度计算出活性化率的估算值的函数式表示，也可以由数值表表示。

在本实施例中，控制装置20针对脉冲激光束的每一次照射检测出热辐射光的峰值强度。并且，根据该峰值强度和活性化率换算数据22计算出活性化率的估算值。

图6及图7的横轴以来自红外线检测器17的输出信号强度的积分值的单位“μVs”表示热辐射光强度的积分值，纵轴以单位“%”表示磷的活性化率。积分范围相当于脉冲激光束的一次照射。图6及图7的圆形记号表示以脉冲宽度为20μs的条件进行退火时的活性化率，方形记号表示以脉冲宽度为15μs的条件进行退火时的活性化率。在图6的评价实验中使用的退火对象物30为以3MeV的加速能量离子注入磷的硅晶片，在图7的评价实验中使用的退火对象物30为以2MeV的加速能量离子注入磷的硅晶片。磷的剂量在图6及图7的评价实验中均为5×10¹²cm^-2。

由图6及图7可知，随着热辐射光强度的积分值的增大，活性化率也变高。因此，通过参考热辐射光的强度的积分值与活性化率之间的对应关系，能够从热辐射光的强度的积分值求出活性化率的估算值。在本实施例的变形例中，图1所示的活性化率换算数据22包含热辐射光的强度的积分值与活性化率之间的对应关系。该对应关系针对脉冲宽度、离子注入的加速能量以及掺杂剂的种类而规定。

在本实施例的变形例中，控制装置20针对脉冲激光束的每一次照射计算出热辐射光的强度的积分值。并且，根据该积分值和活性化率换算数据22计算出活性化率的估算值。

接着，参照图8及图9对其他实施例进行说明。以下，对与图1至图7所示实施例的不同点进行说明，并省略对通用结构的说明。在图1至图7所示的实施例中，脉冲激光束的脉冲宽度是固定的。在图8及图9所示的实施例中，根据热辐射光的强度调整每一次照射的脉冲激光束的脉冲宽度。

图8中示出一次脉冲激光束的波形以及来自红外线检测器17的输出信号的经时变化的一个例子。来自红外线检测器17的输出信号的强度对应于热辐射光的强度，因而也可以将来自红外线检测器17的输出信号的强度称作热辐射光的强度。

用粗实线、细实线、虚线分别表示脉冲激光束的激光脉冲c1、c2、c3。t1表示激光脉冲c1、c2、c3的上升时刻。用粗实线、细实线、虚线分别表示激光脉冲c1、c2、c3入射到退火对象物30时的热辐射光的强度d1、d2、d3的经时变化。

即使激光脉冲的强度相同，温度的上升程度也会因各种原因而出现偏差。例如，有时存在退火对象物30在激光脉冲开始入射时已被预热的情况。作为一例，在激光退火时，随着激光束的扫描而得到预热。在退火对象物30已被预热的情况下，热辐射光的强度d1从刚过时刻t1开始随着退火对象物30的温度的上升而缓缓增强。

有时在退火对象物30的与激光入射面相反的一侧形成有金属图案。形成有金属图案的区域具有比未形成有金属图案的区域更大的热容量。因此，与未形成有金属图案的区域相比，形成有金属图案的区域的温度更难以上升。其结果，与未形成有金属图案的区域中的热辐射光的强度d2相比，形成有金属图案的区域中的热辐射光的强度d3更加缓慢地上升。

控制装置20（图1）存储有作为停止脉冲激光束入射的条件的阈值Th。若检测到热辐射光的强度达到阈值Th，控制装置20就会使激光光源10停止振荡。用t2、t3、t4分别表示热辐射光的强度d1、d2、d3到达阈值Th的时刻。激光脉冲c1、c2、c3分别在时刻t2、t3、t4下降。因此，分别在时刻t2、t3、t4之后，各热辐射光的强度d1、d2、d3缓缓下降。

图9中示出使用了本实施例的激光退火装置的退火方法的流程图。在步骤SA1中，控制装置20（图1）发出使激光光源10开始振荡的指令。由此，脉冲激光束的脉冲上升。在步骤SA2中，判定振荡是否正常。例如，通过观察激光光源10的驱动电路的工作、驱动电流的大小、来自退火对象物30的反射光的强度等，能够判定振荡的正常性。

若未确认到振荡的正常性，则结束退火处理。若确认到振荡的正常性，则进入步骤SA3，判断从脉冲上升时刻的经过时间是否达到脉冲宽度的额定上限值。脉冲宽度的额定上限值取决于退火处理时的脉冲的重复频率的设定值和激光二极管以及驱动电路的额定上限值。

当经过时间达到脉冲宽度的额定上限值时，进入步骤SA5，停止振荡。若经过时间未达到脉冲宽度的额定上限值，则进入步骤SA4，判定热辐射光的强度是否达到阈值Th（图8）。

若热辐射光的强度达到阈值Th，则进入步骤SA5，停止振荡。若热辐射光的强度未达到阈值Th，则返回步骤SA3。即，在脉冲上升之后的经过时间达到脉冲宽度的额定上限值时或热辐射光的强度达到阈值Th时停止振荡。

在步骤SA5中停止了振荡之后，在步骤SA6中，判定脉冲激光束是否已经入射于退火对象物30表面的整个区域。若脉冲激光束已入射到整个区域，则结束退火处理。若脉冲激光束尚未入射到整个区域，则返回步骤SA1，以设定的重复频率开始下一个振荡。

接着，对图8及图9所示的实施例的优异效果进行说明。在退火对象物30的预热程度、有无金属图案等条件不同的情况下，若以恒定的脉冲宽度进行退火，则获得因这些条件的不同而引起热辐射光的峰值强度出现了偏差的数据。即，根据退火对象物30的面内的位置，活性化率出现偏差。

在图8所示的实施例中，在热辐射光的峰值强度达到阈值的时刻，激光脉冲下降。因此，能够抑制热辐射光的峰值强度的偏差。其结果，能够抑制活性化率的偏差。

接着，参照图10～图12，对另一实施例进行说明。以下，对与图1～图7所示实施例的不同点进行说明，并且省略对通用结构的说明。

图10中示出本实施例的激光退火装置的概略图。该激光退火装置具有第1激光光源51及第2激光光源61。第1激光光源51使用激光二极管。第1激光光源51例如输出波长为808nm的脉冲激光束。第2激光光源61由固体激光振荡器61A以及固体激光振荡器61B构成。固体激光振荡器61A以及固体激光振荡器61B输出具有绿色区域波长的脉冲激光束。固体激光振荡器61A以及固体激光振荡器61B例如使用输出二次谐波的Nd：YAG激光器、Nd：YLF激光器、Nd：YVO₄激光器等。

从第1激光光源51输出的脉冲激光束以及从第2激光光源61输出的脉冲激光束经由传播光学系统57入射到退火对象物30。从第1激光光源51输出的脉冲激光束以及从第2激光光源61输出的脉冲激光束入射到退火对象物30的表面的同一区域。退火对象物30保持于载物台31。

接着，对传播光学系统57的结构及作用进行说明。从第1激光光源51输出的脉冲激光束经由衰减器52、光束扩展器53、光束均化器54、分色镜55及聚光透镜56入射到退火对象物30。

一方面，从固体激光振荡器61A输出的脉冲激光束经由衰减器62A及光束扩展器63A入射到分束镜65。另一方面，从固体激光振荡器61B输出的脉冲激光束经由衰减器62B、光束扩展器63B及反射镜64入射到分束镜65。从两个固体激光振荡器61A、61B输出的脉冲激光束在分束镜65汇合，并沿共同的路径进行传播。

在分束镜65汇合到一条路径上的脉冲激光束经由光束均化器66、分色镜67、分色镜55以及聚光透镜56入射到退火对象物30。

分色镜55反射包含800nm的波长区域的光，而使其他波长区域的光透过。分色镜67反射绿色波长区域的光，而使其他波长区域的光透过。控制装置20控制第1激光光源51、第2激光光源61以及载物台31。

来自退火对象物30的热辐射光透过聚光透镜56、分色镜55及分色镜67而入射到检测系统70。而且，从检测系统70输出的测量用光透过分色镜67及分色镜55并被透镜56聚集之后入射到退火对象物30。来自退火对象物30的反射光沿该路径原路返回而入射到检测系统70。

从第1激光光源51输出的脉冲激光束主要对退火对象物30的较深区域进行加热。由此，使较深区域的掺杂剂活性化。

从第2激光光源61的两个固体激光振荡器61A、61B输出的脉冲激光束的脉冲宽度为100ns左右。即，其脉冲宽度比从第1激光光源51输出的脉冲激光束的脉冲宽度的1/100更短。并且，从固体激光振荡器61A、61B输出的脉冲激光束的峰值强度比从第1激光光源51输出的脉冲激光束的峰值强度足够大。从第2激光光源61输出的短脉冲且高强度的脉冲激光束使退火对象物30的表层部熔融。在熔融的表层部再结晶化时，掺杂剂被活性化。第2激光光源61用于相对较浅区域的掺杂剂的活性化。

图11中示出检测系统70的概略图。全反射镜14、光学滤光片15、透镜16及红外线检测器17的结构与图1所示的实施例相同。在全反射镜14和光学滤光片15之间配置有分色镜71。分色镜71使1μm以上的波长区域的光透过，使600nm以上且小于1μm的波长区域的光反射。

从传播光学系统57入射到检测系统70的热辐射光中的小于1μm的波长区域的光被分色镜71反射而入射到下一个分色镜72。分色镜72使860nm以上且940nm以下的波长区域的光反射，使波长为633nm的光透过。被分色镜72反射的热辐射光被透镜73聚集后入射到表面温度检测器74。表面温度检测器74例如可以使用雪崩光电二极管。

为了检测出基于短脉冲的短时间的熔融，表面温度检测器74需要具有高速响应性。通过将雪崩光电二极管用作表面温度检测器74，能够确保足够的高速响应性。

测定用光源81输出测定用的激光束。测定用光源81例如可以使用HeNe激光振荡器。HeNe激光振荡器的输出波长约为633nm。从测定用光源81输出的激光束透过1/2波片80之后在分束镜77分支。

在分束镜77直线前进的激光束入射到参考光检测器82。被分束镜77反射的激光束经由1/4波片76、全反射镜75、分色镜72、分色镜71以及全反射镜14而入射到传播光学系统57。

被退火对象物30（图1）反射的激光束沿该路径原路返回而入射到分束镜77。由于测定用的激光束在去路和回路共计通过两次1/4波片76，因而反射激光束在分束镜77直线前进。之后，被透镜78聚集后入射到反射光检测器79。

红外线检测器17、表面温度检测器74、反射光检测器79以及参考光检测器82的检测结果输入到控制装置20。控制装置20从表面温度检测器74的检测结果求出退火对象物30的熔融的表层部的温度。而且，控制装置20从反射光检测器79以及参考光检测器82的检测结果计算出退火对象物30表面的反射率。若退火对象物30的表层部熔融，则反射率会变高，因此可以根据反射率的计算结果来计算出熔融时间。可以根据处于熔融状态的时间来计算出熔融部分的深度。另外，在测定用光的强度恒定时，可以只根据反射光检测器79的检测结果判定出退火对象物30是否熔融。

图12中示出使用了本实施例的激光退火装置的退火方法的流程图。在步骤SB1中，对退火对象物30（图10）进行脉冲激光束的一个周期量的照射。“一个周期量的照射”的具体方式因退火目的而不同。例如，“一个周期量的照射”包括：从第1激光光源51照射一次脉冲激光束、从第2激光光源61照射一次脉冲激光束、从第1激光光源51以及第2激光光源61各照射一次脉冲激光束等。

在步骤SB2中，判定通过在步骤SB1中进行的照射退火对象物30的表层部是否熔融。关于是否熔融，若来自反射光检测器79的信号强度超过某一阈值且维持一定时间以上，则判定为已经熔融。

若退火对象物30的表层部熔融，则进入步骤SB3，将来自表面温度检测器74的检测结果以及来自反射光检测器79和参考光检测器82（图11）的检测结果存储于存储装置21（图10）。若退火对象物30的表层部未熔融，则进入步骤SB4，将红外线检测器17（图11）的检测结果存储于存储装置21（图10）。

在步骤SB3或步骤SB4之后，在步骤SB5中，判定脉冲激光束是否已经入射于退火对象物30的整个区域。若脉冲激光束已入射到整个区域，则结束退火处理。若脉冲激光束尚未入射到整个区域，则返回步骤SB1，以设定的重复频率进行下一次一个周期量的照射。

在图10～图12所示的实施例的激光退火装置中，通过第2激光光源61使相对较浅区域熔融，从而能够使较浅区域的掺杂剂活性化。而且，通过第1激光光源51，能够使相对较深区域的掺杂剂在非熔融状态下活性化。在以使表层部熔融的条件进行退火时，能够通过检测系统70的检测结果推定熔融部分的深度。在以不使表层部熔融的条件进行退火时，能够通过检测系统70的检测结果推定较深区域的活性化率。

若表层部熔融，则来自较深区域的热辐射光会在熔融部分反射或被吸收。因此，红外线检测器17只能检测出来自熔融部分的热辐射光，检测不出来自比熔融部分更深区域的热辐射光。其结果，无法从红外线检测器17的检测结果得出较深区域的温度信息。即，从红外线检测器17的检测结果难以得到有用的信息。在实施例中，在退火对象物30的表层部熔融的情况下，不包含有用的信息的红外线检测器17的检测结果不会存储于存储装置21。

相反，若退火对象物30的表层部未熔融，则用于计算熔融深度的表面温度检测器74、反射光检测器79以及参考光检测器82的检测结果不会存储于存储装置21。

如上所述，在图10～图12所示的实施例中，只有检测系统70（图11）所检测出的数据中的一部分存储于存储装置21。与将所有数据存储于存储装置21的情况相比，能够削减数据量。若脉冲的重复频率变高导致一个周期中产生的数据量变多，则数据转送速度会成为瓶颈状态，可能会导致无法存储所有数据。在图10～图12所示的实施例中，由于仅抽取有用的数据而存储于存储装置21，因而容易避免数据转送速度的瓶颈状态。

在图12中，在步骤SB4中，只把红外线检测器17的检测结果存储于存储装置21，但是，还可以存储表面温度检测器74的检测结果。由此，可以保存相对较浅区域到相对较深区域为止的温度信息和相对较浅区域的温度信息的这两个信息。

以上，根据实施例对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施例。例如，可以进行各种变更、改进、组合等，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (7)

1.一种激光退火装置，其特征在于，具有：

激光光源，输出激光束；

载物台，将退火对象物保持在从所述激光光源输出的所述激光束入射的位置；

控制装置，控制所述载物台，以使所述退火对象物向面内方向移动的同时使激光束入射所述退火对象物；

红外线检测器，检测来自保持于所述载物台的所述退火对象物的热辐射光；

光学元件，配置在从所述退火对象物到所述红外线检测器为止的所述热辐射光的路径上，且不使波长比1μm短的光入射到所述红外线检测器；

所述控制装置中存储有活性化率换算数据，该活性化率换算数据定义由所述红外线检测器检测出的来自所述退火对象物的所述热辐射光的强度与注入于所述退火对象物的掺杂剂的活性化率之间的对应关系，

所述控制装置将来自所述红外线检测器的检测结果与所述退火对象的面内的位置建立关联并作为热辐射光检检测值进行存储，并根据所述热辐射光检测值和所述活性化率换算数据求出活性化率的估算值；

所述激光退火装置还具有输出装置，所述控制装置向所述输出装置输出所述估算值，所述输出装置以图像、图表或数值形式显示所述退火对象物的面内的活性化率的分布。

2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，

从所述激光光源输出的所述激光束为脉冲激光束，

所述红外线检测器针对所述脉冲激光束的每一次照射检测出来自所述退火对象物的所述热辐射光的强度，

所述控制装置根据由所述红外线检测器检测出的所述热辐射光的强度的峰值求出所述活性化率的估算值。

3.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，

从所述激光光源输出的所述激光束为脉冲激光束，

所述红外线检测器针对所述脉冲激光束的每一次照射检测出来自所述退火对象物的所述热辐射光的强度，

所述控制装置根据由所述红外线检测器检测出的所述热辐射光的强度的积分值求出所述活性化率的估算值。

4.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，

从所述激光光源输出的所述激光束为脉冲激光束，

所述红外线检测器针对所述脉冲激光束的每一次照射检测出来自所述退火对象物的所述热辐射光的强度，

所述控制装置中存储有作为停止所述脉冲激光束入射的条件的阈值，

若所述热辐射光的强度超过所述阈值，则所述控制装置使所述激光光源停止输出。

5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，

所述激光退火装置还具有：

表面温度检测器，检测来自所述退火对象物的表面的所述热辐射光；

测定用光源，使测定用的光入射于所述退火对象物；及

反射光检测器，检测从所述测定用光源输出的所述测定用光的来自所述退火对象物的反射光，

所述控制装置在从所述激光光源输出的所述脉冲激光束的每一个周期中，根据由所述反射光检测器检测出的所述反射光的强度判定所述退火对象物的表层部是否熔融。

6.根据权利要求5所述的激光退火装置，其特征在于，

在判定为所述退火对象物的表层部未熔融时，所述控制装置存储所述红外线检测器的检测结果，

在判定为所述退火对象物的表层部熔融时，所述控制装置存储所述反射光检测器的检测结果。

7.根据权利要求5所述的激光退火装置，其特征在于，

在判定为所述退火对象物的表层部熔融时，所述控制装置还存储所述表面温度检测器的检测结果。

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