JP2009032858A - Beam irradiation apparatus and laser annealing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a beam irradiation apparatus capable of executing high-quality processing. <P>SOLUTION: The beam irradiation apparatus has: first and second light sources for emitting laser pluses having different wavelengths in response to control from the outside; a stage for holding a workpiece; an optical system for allowing the laser pulses emitted from the first and second light sources to be incident into the workpiece so that incident regions may overlap on at least one part; and a controller for controlling the first and second light sources so that the pulse width of the laser pulse emitted from the first light source may be longer than the pulse width of the laser pulse emitted from the second light source, and the laser pulse emitted from the second light source may be incident into the workpiece before the laser pulse emitted from the first light source has been completely incident into the workpiece, and provided with a storage means for storing information defining a delay time. In the beam irradiation apparatus, the controller controls the first and second light sources so that the laser pulse emitted from the first light source may fall at a time point elapsed by the delay time defined in the information stored in the storage means from an emission start time point of the laser pulse from the second light source. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うビーム照射装置、及び、アニールを行うレーザアニール方法に関する。   The present invention relates to a beam irradiation apparatus that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam, and a laser annealing method that performs annealing.

半導体製造工程における注入不純物の活性化には、RTP(Rapid Thermal Processing)、FLA(Flash Lamp Annealing)、LTP(Laser Thermal Processing)等の手法が用いられている。しかしRTPでは注入不純物の拡散を抑えることが困難である。またFLAは加熱時間が長いため、不純物を無拡散で活性化させることが難しい。LTPでは加熱時間が数十〜数百nsと極端に短く、不純物の注入深さが数十〜数百nmと比較的深い場合に、非溶融で処理を行おうとすると、活性化が不十分となることがあった。   Techniques such as RTP (Rapid Thermal Processing), FLA (Flash Lamp Annealing), and LTP (Laser Thermal Processing) are used to activate the implanted impurities in the semiconductor manufacturing process. However, it is difficult for RTP to suppress the diffusion of implanted impurities. Further, since FLA has a long heating time, it is difficult to activate impurities without diffusion. In LTP, if the heating time is extremely short as several tens to several hundreds ns, and the impurity implantation depth is relatively deep as several tens to several hundreds nm, activation is insufficient when processing is performed without melting. There was.

連続波のレーザビームを不純物の注入されたシリコンウエハに照射し、不純物を活性化させるLSA(Laser Spike Annealing) という手法が開発されている(たとえば、特許文献1及び2参照)。LSAにおいては、不純物注入領域を加熱する時間を、レーザビームの走査速度で制御するしかなく、この点で不十分である。   A technique called LSA (Laser Spike Annealing) has been developed to irradiate a silicon wafer into which impurities are implanted by irradiating a continuous wave laser beam (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In LSA, the time for heating the impurity implantation region can only be controlled by the scanning speed of the laser beam, which is insufficient in this respect.

グリーン光(緑色の波長領域のレーザ光)を用いたダブルパルスアニールの発明が開示されている(たとえば、特許文献3及び4参照)。   An invention of double pulse annealing using green light (laser light in the green wavelength region) has been disclosed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).

また「第1のレーザ光と、該第1のレーザ光とは異なる波長を有する第2のレーザ光とを基板に照射し、前記基板または前記基板上の膜の熱処理を行う」半導体装置の製造方法及び製造装置の発明が開示されている(たとえば、特許文献5参照)。   In addition, “a first laser beam and a second laser beam having a wavelength different from that of the first laser beam are applied to the substrate to heat-treat the substrate or the film on the substrate”. An invention of a method and a manufacturing apparatus is disclosed (for example, see Patent Document 5).

特開2005−244191号公報JP 2005-244191 A 特開2005−210129号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-210129 特開2004−152888号公報JP 2004-152888 A 特開2006−156784号公報JP 2006-156784 A 国際公開第2007/015388号パンフレットInternational Publication No. 2007/015388 Pamphlet

本発明の目的は、高品質の加工を行うことのできるビーム照射装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a beam irradiation apparatus capable of performing high-quality processing.

また、高品質のアニールを行うことのできるレーザアニール方法を提供することである。   It is another object of the present invention to provide a laser annealing method capable of performing high-quality annealing.

本発明の一観点によれば、外部からの制御により、相互に異なる波長のレーザパルスを出射する第1及び第2のレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、前記第1及び第2のレーザ光源から出射したレーザパルスを、両者の入射領域が少なくとも一部において重なるように、前記ステージに保持された加工対象物に入射させる光学系と、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスのパルス幅が、前記第2のレーザ光源から出射したレーザパルスのパルス幅よりも長く、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスが前記加工対象物への入射を終了する前に、前記第2のレーザ光源から出射したレーザパルスが該加工対象物に入射するように前記第1及び第2のレーザ光源を制御するとともに、遅延時間を規定する情報を記憶する記憶手段を備えている制御装置とを有し、前記制御装置は、前記第2のレーザ光源からのレーザパルスの出射開始時点から、前記記憶手段に記憶された情報で規定された遅延時間だけ経過した時点に、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスが立ち下がるように、前記第1及び第2のレーザ光源を制御するビーム照射装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, the first and second laser light sources that emit laser pulses having different wavelengths by control from the outside, the stage that holds the workpiece, and the first and second An optical system that causes a laser pulse emitted from the laser light source to be incident on an object to be processed held on the stage so that at least a part of both incident areas overlap, and a laser pulse emitted from the first laser light source Is longer than the pulse width of the laser pulse emitted from the second laser light source, and before the laser pulse emitted from the first laser light source finishes incident on the workpiece, The first and second laser light sources are controlled so that the laser pulse emitted from the second laser light source is incident on the object to be processed, and information defining the delay time is recorded. And a control device comprising a storage means for performing a delay time defined by the information stored in the storage means from the start point of the emission of the laser pulse from the second laser light source. Provided is a beam irradiation device for controlling the first and second laser light sources so that the laser pulse emitted from the first laser light source falls at the time when the time has elapsed.

また、本発明の他の観点によると、アニール対象物に、第1のレーザパルスの照射を開始する工程と、前記第1のレーザパルスが照射される領域に第2のレーザパルスを照射することにより、前記アニール対象物を加熱する工程と、前記第2のレーザパルスの照射終了時点よりも後に、前記第1のレーザパルスの照射を終了させる工程とを有し、前記アニール対象物の、前記第1のレーザパルスの波長における吸収係数が、前記第2のレーザパルスの波長における吸収係数よりも低く、前記第2のレーザパルスの照射によって加熱されると、前記アニール対象物の、前記第1のレーザパルスの波長域における吸収係数が、加熱前よりも高くなるレーザアニール方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, the step of starting irradiation of the first laser pulse to the annealing target and irradiating the second laser pulse to the region irradiated with the first laser pulse The step of heating the object to be annealed, and the step of terminating the irradiation of the first laser pulse after the end of the irradiation of the second laser pulse, When the absorption coefficient at the wavelength of the first laser pulse is lower than the absorption coefficient at the wavelength of the second laser pulse and the first laser pulse is heated by irradiation with the second laser pulse, There is provided a laser annealing method in which the absorption coefficient in the wavelength region of the laser pulse is higher than that before heating.

本発明によれば、高品質の加工を行うことのできるビーム照射装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the beam irradiation apparatus which can perform a high quality process can be provided.

また、高品質のアニールを行うことのできるレーザアニール方法を提供することができる。   In addition, a laser annealing method capable of performing high-quality annealing can be provided.

図1は、実施例によるビーム照射装置を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a beam irradiation apparatus according to an embodiment.

実施例によるビーム照射装置は、パルスレーザビームを出射するレーザ光源10a、10b、シャッタ11a、11b、ホモジナイザ12a、12b、折り返しミラー13a〜13c、ダイクロイックミラー14、マスク15、結像光学系16、XYステージ17、及び、制御装置18を含んで構成される。制御装置18は、記憶装置18a、たとえばメモリを備える。   The beam irradiation apparatus according to the embodiment includes laser light sources 10a and 10b that emit pulsed laser beams, shutters 11a and 11b, homogenizers 12a and 12b, folding mirrors 13a to 13c, dichroic mirror 14, mask 15, imaging optical system 16, and XY. A stage 17 and a control device 18 are included. The control device 18 includes a storage device 18a, for example, a memory.

XYステージ17上には、加工対象物であるシリコンウエハ20が保持されている。シリコンウエハ20には、n型またはp型の不純物が注入されている。実施例によるビーム照射装置を用い、レーザ光源10a、10bを出射したパルスレーザビームをシリコンウエハ20に入射させて、入射位置の不純物を活性化する。   On the XY stage 17, a silicon wafer 20 as a processing target is held. An n-type or p-type impurity is implanted into the silicon wafer 20. Using the beam irradiation apparatus according to the embodiment, the pulse laser beam emitted from the laser light sources 10a and 10b is incident on the silicon wafer 20 to activate the impurities at the incident position.

レーザ光源10a、10bが、制御装置18から送られる信号を受けて、それぞれパルスレーザビーム30a、30bを出射する。制御装置18による制御は、記憶装置18aに記憶された制御情報に基づいて行われる。   The laser light sources 10a and 10b receive signals sent from the control device 18 and emit pulse laser beams 30a and 30b, respectively. Control by the control device 18 is performed based on control information stored in the storage device 18a.

レーザ光源10aは、たとえばQスイッチレーザ発振器であるNd:YAGレーザ発振器、及び、非線形光学素子を含む。パルスレーザビーム30aは、パルス幅が数十ns〜数百ns、たとえば100nsのNd:YAGレーザの2倍高調波(波長532nmのグリーン光)である。   The laser light source 10a includes, for example, an Nd: YAG laser oscillator that is a Q-switched laser oscillator and a nonlinear optical element. The pulse laser beam 30a is a second harmonic (green light with a wavelength of 532 nm) of an Nd: YAG laser having a pulse width of several tens to several hundreds ns, for example, 100 ns.

レーザ光源10bは、たとえば半導体レーザであり、波長800nm、パルス幅数μs〜数百μsのパルスレーザビーム30bを出射する。レーザ光源10bから出射するパルスレーザビーム30bは、レーザ光源10aから出射するパルスレーザビーム30aよりも、波長及びパルス幅が長い。また、パルスレーザビーム30bの波長における室温(たとえば300K)のシリコンの吸収係数は、パルスレーザビーム30aのそれより小さい。室温でのパルスレーザビーム30aのシリコンにおける吸収長が約1μmであるのに対し、パルスレーザビーム30bのそれは、約10μmである。   The laser light source 10b is, for example, a semiconductor laser, and emits a pulse laser beam 30b having a wavelength of 800 nm and a pulse width of several μs to several hundreds μs. The pulse laser beam 30b emitted from the laser light source 10b has a longer wavelength and pulse width than the pulse laser beam 30a emitted from the laser light source 10a. Further, the absorption coefficient of silicon at room temperature (for example, 300 K) at the wavelength of the pulse laser beam 30b is smaller than that of the pulse laser beam 30a. The absorption length of the pulsed laser beam 30a in silicon at room temperature is about 1 μm, while that of the pulsed laser beam 30b is about 10 μm.

なお、レーザ光源10bとしてNd:YAGレーザ発振器を用い、Nd:YAGレーザの基本波(波長1064nm)であるパルスレーザビーム30bを出射してもよい。またCOレーザを、レーザ光源10bに用いることもできる。 Note that an Nd: YAG laser oscillator may be used as the laser light source 10b, and a pulsed laser beam 30b that is a fundamental wave (wavelength: 1064 nm) of the Nd: YAG laser may be emitted. A CO 2 laser can also be used for the laser light source 10b.

パルスレーザビーム30a及び30bは、それぞれ制御装置18からの制御信号により開閉し、入射するレーザビームの透過と遮蔽を切り替えることのできるシャッタ11a、11bを透過して、ホモジナイザ12a、12bに入射する。   The pulse laser beams 30a and 30b are opened and closed by a control signal from the control device 18, respectively, are transmitted through shutters 11a and 11b that can switch between transmission and shielding of the incident laser beam, and enter the homogenizers 12a and 12b.

パルスレーザビーム30a、30bは、ホモジナイザ12a、12bによって各ホモジナイザ12a、12bのホモジナイズ面においてビーム断面を整形され、ビーム強度を均一化される。   The pulse laser beams 30a and 30b are shaped in beam cross sections on the homogenization surfaces of the homogenizers 12a and 12b by the homogenizers 12a and 12b, and the beam intensity is made uniform.

ホモジナイザ12a、12bのホモジナイズ面には、マスク15が配置されている。パルスレーザビーム30aは、折り返しミラー13aで反射された後、ダイクロイックミラー14を透過してマスク15に入射する。パルスレーザビーム30bは、折り返しミラー13b、13c、及び、ダイクロイックミラー14で反射され、マスク15に入射する。   A mask 15 is disposed on the homogenization surfaces of the homogenizers 12a and 12b. The pulse laser beam 30 a is reflected by the folding mirror 13 a, then passes through the dichroic mirror 14 and enters the mask 15. The pulse laser beam 30 b is reflected by the folding mirrors 13 b and 13 c and the dichroic mirror 14 and enters the mask 15.

マスク15は透光領域と遮光領域とを備える。マスク15の透光領域を通過したパルスレーザビーム30a、30bは、結像光学系16を経て、XYステージ17上に載置されたシリコンウエハ20上の同一領域に入射する。結像光学系16は、マスク15の透光領域の形状をシリコンウエハ20上に転写する。   The mask 15 includes a light transmitting region and a light shielding region. The pulsed laser beams 30 a and 30 b that have passed through the light transmitting region of the mask 15 enter the same region on the silicon wafer 20 placed on the XY stage 17 via the imaging optical system 16. The imaging optical system 16 transfers the shape of the light transmitting region of the mask 15 onto the silicon wafer 20.

XYステージ17は、制御装置18から送信される制御信号を受けて、保持したシリコンウエハ20をその面内方向に移動させ、パルスレーザビーム30a、30bのシリコンウエハ20上の入射位置を変化させる。   The XY stage 17 receives the control signal transmitted from the control device 18, moves the held silicon wafer 20 in the in-plane direction, and changes the incident positions of the pulse laser beams 30 a and 30 b on the silicon wafer 20.

図2(A)〜(D)を参照して、実施例によるビーム照射方法を説明する。   The beam irradiation method according to the embodiment will be described with reference to FIGS.

図2(A)に、シリコンウエハ20に入射するパルスレーザビーム30a、30bの入射タイミングの一例を示す。図の横軸は時間(時刻)を表し、縦軸はレーザ光強度を表す。   FIG. 2A shows an example of the incident timing of the pulse laser beams 30a and 30b incident on the silicon wafer 20. FIG. In the figure, the horizontal axis represents time (time), and the vertical axis represents laser light intensity.

時刻tにおいて、制御装置18でトリガ信号が発生され、Nd:YAGレーザ発振器を含むレーザ光源10aに送信される。これを受けてレーザ光源10aから、パルスレーザビーム30a、たとえばパルス幅100nsのNd:YAGレーザの2倍高調波(波長532nmのグリーン光)が出射され、時刻tからわずかの間、シリコンウエハ20に照射される。 At time t 1, the trigger signal is generated by the controller 18, Nd: sent to the laser light source 10a that includes a YAG laser oscillator. From the laser source 10a In response, the pulse laser beam 30a, for example, a pulse width 100 ns Nd: is second harmonic (green light having a wavelength of 532 nm) is emitted a YAG laser, only during the period from time t 1, the silicon wafer 20 Is irradiated.

時刻tの直後の時刻tから時刻tまで、制御装置18から、半導体レーザを含むレーザ光源10bに信号が送信される。これを受けてレーザ光源10bから、パルスレーザビーム30b、たとえば波長800nm、パルス幅数μs〜数百μsのパルスレーザビーム30bが出射され、時刻tから時刻tの間、シリコンウエハ20に照射される。パルスレーザビーム30bの立ち上がり時刻(出射開始時刻)がtであり、立ち下がり時刻がtである。 From the time t 2 immediately after time t 1 to time t 3, the control unit 18, a signal is sent to the laser light source 10b including a semiconductor laser. Emitted from the laser light source 10b receives this, pulsed laser beams 30b, for example, a wavelength 800 nm, pulse laser beam 30b of the pulse width of several μs~ several hundred μs is emitted, between the time t 2 at time t 3, the silicon wafer 20 Is done. Rising time of the pulse laser beam 30b (extraction start time) is t 2, the fall time is t 3.

記憶装置18aには、パルスレーザビーム30aを出射するためのトリガ信号発生から、パルスレーザビーム30bの立ち下がりまでの時間を規定する制御情報、たとえば|t−t|そのものや、時刻t及び時刻tが記憶されている。制御装置18は、これらの情報をもとに、レーザ光源10a、10bに信号を送信する。 In the storage device 18a, control information that defines the time from generation of a trigger signal for emitting the pulse laser beam 30a to the fall of the pulse laser beam 30b, for example, | t 3 −t 1 | itself or time t 1 and time t 3 is stored. The control device 18 transmits a signal to the laser light sources 10a and 10b based on these pieces of information.

図2(B)は、図2(A)に示す態様でパルスレーザビーム30a及び30bをシリコンウエハ20に照射したときのシリコンウエハ20の温度変化を示す概略図である。図の横軸は時間(時刻)を表し、縦軸は温度を表す。   FIG. 2B is a schematic diagram showing a temperature change of the silicon wafer 20 when the pulsed laser beams 30a and 30b are irradiated onto the silicon wafer 20 in the mode shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents time (time), and the vertical axis represents temperature.

時刻tにおいて、室温のシリコンの吸収係数が大きく、吸収長が約1μmであるパルスレーザビーム30aがシリコンウエハ20に照射され、シリコンウエハ20の表面近傍で吸収される結果、シリコンウエハ20の温度が急激に、たとえば約1400℃まで上昇する。 At time t 1 , the pulsed laser beam 30 a having a large room temperature silicon absorption coefficient and an absorption length of about 1 μm is irradiated onto the silicon wafer 20 and absorbed in the vicinity of the surface of the silicon wafer 20. As a result, the temperature of the silicon wafer 20 is increased. Rises rapidly, for example, to about 1400 ° C.

続いて、パルスレーザビーム30bがシリコンウエハ20に照射される。パルスレーザビーム30bの波長における約1400℃のシリコンの吸収係数は、室温のシリコンの吸収係数よりも大きい。パルスレーザビーム30bがシリコンウエハ20の表面近傍で吸収されるため、シリコンウエハ20の温度低下は抑制され、シリコンウエハ20は、パルスレーザビーム30bの照射時間(パルスレーザビーム30bのパルス幅|t−t|)だけ加熱される。 Subsequently, the silicon wafer 20 is irradiated with the pulse laser beam 30b. The absorption coefficient of silicon at about 1400 ° C. at the wavelength of the pulsed laser beam 30b is larger than the absorption coefficient of silicon at room temperature. Since the pulse laser beam 30b is absorbed in the vicinity of the surface of the silicon wafer 20, the temperature drop of the silicon wafer 20 is suppressed, and the silicon wafer 20 is irradiated with the irradiation time of the pulse laser beam 30b (pulse width | t 3 of the pulse laser beam 30b). -t 2 |) it is only heated.

図2(C)に、シリコンウエハ20に入射するパルスレーザビーム30a、30bの入射タイミングの他の例を示す。図の横軸は時間(時刻)を表し、縦軸はレーザ光強度を表す。   FIG. 2C shows another example of the incident timing of the pulse laser beams 30a and 30b incident on the silicon wafer 20. In the figure, the horizontal axis represents time (time), and the vertical axis represents laser light intensity.

本図に示すのは、レーザ光源10aの発振タイミング(時刻t)を遅らせ、レーザ光源10bの発振中(時刻t〜時刻t)に発振させた場合である。 This figure shows a case where the oscillation timing (time t 1 ) of the laser light source 10 a is delayed and the laser light source 10 b is oscillated during the oscillation (time t 2 to time t 3 ).

図2(D)は、図2(C)に示す態様でパルスレーザビーム30a及び30bをシリコンウエハ20に照射したときのシリコンウエハ20の温度変化を示す概略図である。図の横軸は時間(時刻)を表し、縦軸は温度を表す。   FIG. 2D is a schematic view showing a temperature change of the silicon wafer 20 when the pulsed laser beams 30a and 30b are irradiated onto the silicon wafer 20 in the mode shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents time (time), and the vertical axis represents temperature.

時刻tを始点として、室温のシリコンの吸収係数が小さいパルスレーザビーム30bがシリコンウエハ20に照射される。パルスレーザビーム30bのシリコンにおける吸収長は約10μmと長いため、シリコンウエハ20の表面近傍の温度上昇は緩やかである。 The time t 2 as a starting point, a small pulse laser beam 30b is the absorption coefficient at room temperature of the silicon is irradiated on the silicon wafer 20. Since the absorption length of the pulse laser beam 30b in silicon is as long as about 10 μm, the temperature rise near the surface of the silicon wafer 20 is moderate.

パルスレーザビーム30bがシリコンウエハ20に照射されている間(時刻t〜時刻t)の時刻tにおいて、パルスレーザビーム30aがシリコンウエハ20に照射される。 While the pulse laser beam 30b is irradiated on the silicon wafer 20 (time t 2 to time t 3 ), the pulse laser beam 30a is irradiated on the silicon wafer 20 at time t 1 .

パルスレーザビーム30aは、室温のシリコンの吸収係数が大きいので、シリコンウエハ20の表面近傍で吸収され、シリコンウエハ20の温度を急激に、たとえば約1400℃まで上昇させる。   Since the pulse laser beam 30a has a large absorption coefficient of silicon at room temperature, it is absorbed in the vicinity of the surface of the silicon wafer 20, and the temperature of the silicon wafer 20 is rapidly increased to, for example, about 1400 ° C.

パルスレーザビーム30bの波長における約1400℃のシリコンの吸収係数は大きい。このため時刻t以降、シリコンウエハ20に照射されるパルスレーザビーム30bはシリコンウエハ20の表面近傍で吸収される。 The absorption coefficient of silicon at about 1400 ° C. at the wavelength of the pulsed laser beam 30b is large. Thus after time t 1, the pulsed laser beam 30b is irradiated on the silicon wafer 20 is absorbed near the surface of the silicon wafer 20.

これにより、シリコンウエハ20の温度低下は抑制され、シリコンウエハ20は、時刻t以降のパルスレーザビーム30bの照射時間(|t−t|)だけ加熱される。 Accordingly, the temperature drop of the silicon wafer 20 is suppressed, the silicon wafer 20, the time t 1 after the pulsed laser beam 30b irradiation time (| t 3 -t 1 |) is only heated.

実施例によるビーム照射方法は、レーザビームのパルス幅と、入射させるレーザパルスの発振タイミングとによって、シリコンウエハの加熱時間をコントロールすることができる。このため、シリコンウエハの加熱時間をほとんど任意に設定することが可能となる。したがって、所与の条件に応じて、たとえばシリコンウエハの比較的深い位置における不純物の活性化に対しても、不純物の拡散を抑えながら、最適なアニールを行うことができる。   In the beam irradiation method according to the embodiment, the heating time of the silicon wafer can be controlled by the pulse width of the laser beam and the oscillation timing of the incident laser pulse. For this reason, it becomes possible to set the heating time of the silicon wafer almost arbitrarily. Therefore, according to a given condition, for example, even when the impurity is activated at a relatively deep position of the silicon wafer, optimal annealing can be performed while suppressing the diffusion of the impurity.

上記のビーム照射方法を用いて行った不純物活性化(レーザアニール)の一例をあげる。   An example of impurity activation (laser annealing) performed using the beam irradiation method will be given.

シリコンウエハに、不純物としてAsを200keVのエネルギ、1E+14ions/cmのドーズ量でイオン注入した。このシリコンウエハに、パルスレーザビーム30aとして、パルス幅100nsのNd:YAGレーザの2倍高調波(波長532nmのグリーン光)を用い、また、パルスレーザビーム30bとしては、波長808nmの半導体レーザを、パルス幅100μsで照射して不純物活性化(レーザアニール)を実施した。 As as impurities, As was ion-implanted into the silicon wafer at an energy of 200 keV and a dose of 1E + 14 ions / cm 2 . On this silicon wafer, a second harmonic (green light with a wavelength of 532 nm) of an Nd: YAG laser with a pulse width of 100 ns is used as the pulse laser beam 30a, and a semiconductor laser with a wavelength of 808 nm is used as the pulse laser beam 30b. Impurity activation (laser annealing) was performed by irradiation with a pulse width of 100 μs.

パルスレーザビーム30a、30bは、ともに周波数1kHzで発振させ、シリコン照射面において、長軸方向が6mm、短軸方向が0.1mmの長尺形状となるように整形した。パルスレーザビーム30a、30bが、短軸方向に90%のオーバーラップ率で照射されるように、XYステージの送り速度を10mm/sに調整した。長軸方向のオーバーラップ率は66.7%とし、2mm/ラインの送りとした。   Both of the pulse laser beams 30a and 30b were oscillated at a frequency of 1 kHz, and shaped so as to have a long shape with a major axis direction of 6 mm and a minor axis direction of 0.1 mm on the silicon irradiation surface. The feed speed of the XY stage was adjusted to 10 mm / s so that the pulsed laser beams 30a and 30b were irradiated with a 90% overlap rate in the minor axis direction. The overlap ratio in the major axis direction was 66.7%, and the feed was 2 mm / line.

パルスレーザビーム30a、30bのエネルギ密度は、シリコンウエハが溶融しない範囲で設定した。パルスレーザビーム30bの照射を開始してから50μs後に、パルスレーザビーム30aをシリコンウエハに入射させた。したがって、図2(C)のt〜tを用いた場合、|t−t|(加熱時間)、|t−t|がともに50μsとなる。 The energy density of the pulse laser beams 30a and 30b was set within a range where the silicon wafer did not melt. 50 μs after the start of irradiation with the pulsed laser beam 30b, the pulsed laser beam 30a was made incident on the silicon wafer. Therefore, when t 1 to t 3 in FIG. 2C are used, | t 3 −t 1 | (heating time) and | t 1 −t 2 | are both 50 μs.

アニール後のシリコンウエハには、不純物の拡散は認められず、欠陥等も観察されなかった。注入されたドーパントが活性化され、十分低いシート抵抗値が示された。   No diffusion of impurities was observed in the annealed silicon wafer, and no defects or the like were observed. The implanted dopant was activated, indicating a sufficiently low sheet resistance value.

比較例として、上述のエネルギ及びドーズ量でAsをイオン注入したシリコンウエハに、パルス幅100nsのNd:YAGレーザの2倍高調波(波長532nmのグリーン光)のダブルパルスを与えて不純物活性化(レーザアニール)を行った。   As a comparative example, impurity activation is performed by applying a double pulse of a second harmonic (green light with a wavelength of 532 nm) of an Nd: YAG laser having a pulse width of 100 ns to a silicon wafer into which As is ion-implanted with the above-described energy and dose. Laser annealing) was performed.

比較例においては、Nd:YAGレーザの2倍高調波の第1レーザパルスを照射した300ns後に、Nd:YAGレーザの2倍高調波の第2レーザパルスを照射した。第1及び第2レーザパルスの発振周波数、シリコン照射面におけるビームサイズ、短軸及び長軸方向についてのオーバーラップ率は上述の例と等しくした。また、比較例においても、パルスレーザビームのエネルギ密度は、シリコンウエハが溶融しない範囲で設定した。   In the comparative example, the second laser pulse of the second harmonic of the Nd: YAG laser was irradiated 300 ns after irradiation of the first laser pulse of the second harmonic of the Nd: YAG laser. The oscillation frequencies of the first and second laser pulses, the beam size on the silicon irradiation surface, the overlap ratio in the minor axis and major axis directions were the same as in the above example. Also in the comparative example, the energy density of the pulse laser beam was set within a range where the silicon wafer did not melt.

アニール後のシリコンウエハには、不純物の拡散は認められなかったが、欠陥の回復が不十分であった。シート抵抗値が高く、ドーパントが十分に活性化されていなかった。   Diffusion of impurities was not observed in the annealed silicon wafer, but defect recovery was insufficient. The sheet resistance value was high, and the dopant was not sufficiently activated.

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not restrict | limited to these.

たとえば、実施例によるビーム照射装置においては、レーザ光源10a、10bを出射したパルスレーザビーム30a、30bを異なるホモジナイザ12a、12bに入射させたが、同一のホモジナイザに入射させることもできる。   For example, in the beam irradiation apparatus according to the embodiment, the pulse laser beams 30a and 30b emitted from the laser light sources 10a and 10b are incident on the different homogenizers 12a and 12b, but can also be incident on the same homogenizer.

また、実施例によるビーム照射装置においては、パルスレーザビーム30a、30bを同一のマスク及び結像光学系に入射させたが、異なるマスク及び結像光学系に入射させてもよい。   In the beam irradiation apparatus according to the embodiment, the pulse laser beams 30a and 30b are incident on the same mask and the imaging optical system, but may be incident on different masks and the imaging optical system.

更に、パルスレーザビーム30a、30bは、シリコンウエハ上の同一領域に入射させなくても、両者の入射領域が少なくとも一部において重なるように入射させればよい。   Further, the pulse laser beams 30a and 30b may be incident so that the incident areas of the laser beams 30a and 30b overlap at least partially.

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

半導体の活性化アニールに好適に利用することができる。また、SOI(Silicon on Insulator)のシリコンの結晶化等にも利用することができる。   It can be suitably used for semiconductor activation annealing. It can also be used for silicon crystallization of SOI (Silicon on Insulator).

実施例によるビーム照射装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the beam irradiation apparatus by an Example. (A)〜(D)は、実施例によるビーム照射方法を説明するための図である。(A)-(D) are the figures for demonstrating the beam irradiation method by an Example.

符号の説明Explanation of symbols

10a、10b レーザ光源
11a、11b シャッタ
12a、12b ホモジナイザ
13a〜13c 折り返しミラー
14 ダイクロイックミラー
15 マスク
16 結像光学系
17 XYステージ
18 制御装置
18a 記憶装置
20 シリコンウエハ
30a、30b パルスレーザビーム
10a, 10b Laser light sources 11a, 11b Shutters 12a, 12b Homogenizers 13a-13c Folding mirror 14 Dichroic mirror 15 Mask 16 Imaging optical system 17 XY stage 18 Controller 18a Storage device 20 Silicon wafers 30a, 30b Pulse laser beam

Claims (7)

外部からの制御により、相互に異なる波長のレーザパルスを出射する第1及び第2のレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
前記第1及び第2のレーザ光源から出射したレーザパルスを、両者の入射領域が少なくとも一部において重なるように、前記ステージに保持された加工対象物に入射させる光学系と、
前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスのパルス幅が、前記第2のレーザ光源から出射したレーザパルスのパルス幅よりも長く、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスが前記加工対象物への入射を終了する前に、前記第2のレーザ光源から出射したレーザパルスが該加工対象物に入射するように前記第1及び第2のレーザ光源を制御するとともに、遅延時間を規定する情報を記憶する記憶手段を備えている制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記第2のレーザ光源からのレーザパルスの出射開始時点から、前記記憶手段に記憶された情報で規定された遅延時間だけ経過した時点に、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスが立ち下がるように、前記第1及び第2のレーザ光源を制御するビーム照射装置。
First and second laser light sources that emit laser pulses of different wavelengths by external control;
A stage for holding the workpiece,
An optical system for causing laser pulses emitted from the first and second laser light sources to be incident on an object to be processed held on the stage so that both incident areas overlap at least partially;
The pulse width of the laser pulse emitted from the first laser light source is longer than the pulse width of the laser pulse emitted from the second laser light source, and the laser pulse emitted from the first laser light source is the workpiece. Information for defining the delay time and controlling the first and second laser light sources so that the laser pulse emitted from the second laser light source is incident on the object to be processed before finishing the incidence on the laser beam. Having a storage means for storing
The control device emits light from the first laser light source when a delay time stipulated by the information stored in the storage means has elapsed from the start time of laser pulse emission from the second laser light source. A beam irradiation apparatus for controlling the first and second laser light sources so that a laser pulse falls.
前記第2のレーザ光源から出射したレーザパルスの波長における300Kのシリコンの吸収係数は、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスのそれよりも大きい請求項1に記載のビーム照射装置。   2. The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein an absorption coefficient of silicon of 300 K at a wavelength of a laser pulse emitted from the second laser light source is larger than that of a laser pulse emitted from the first laser light source. 前記第2のレーザ光源から出射したレーザパルスは、前記第1のレーザ光源から出射したレーザパルスよりも短波長である請求項1または2に記載のビーム照射装置。   The beam irradiation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the laser pulse emitted from the second laser light source has a shorter wavelength than the laser pulse emitted from the first laser light source. 前記第1のレーザ光源は、外部から与えられる信号を受けて、前記第1のレーザパルスを、該信号に応じて可変の第1のパルス幅で出射する請求項1〜3のいずれか1項に記載のビーム照射装置。   The said 1st laser light source receives the signal given from the outside, and radiate | emits said 1st laser pulse by the variable 1st pulse width according to this signal. The beam irradiation apparatus described in 1. 前記第2のレーザ光源は、Qスイッチレーザ発振器を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のビーム照射装置。   The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the second laser light source includes a Q-switch laser oscillator. アニール対象物に、第1のレーザパルスの照射を開始する工程と、
前記第1のレーザパルスが照射される領域に第2のレーザパルスを照射することにより、前記アニール対象物を加熱する工程と、
前記第2のレーザパルスの照射終了時点よりも後に、前記第1のレーザパルスの照射を終了させる工程と
を有し、
前記アニール対象物の、前記第1のレーザパルスの波長における吸収係数が、前記第2のレーザパルスの波長における吸収係数よりも低く、前記第2のレーザパルスの照射によって加熱されると、前記アニール対象物の、前記第1のレーザパルスの波長域における吸収係数が、加熱前よりも高くなるレーザアニール方法。
Starting an irradiation of the first laser pulse on the object to be annealed;
Irradiating a region to be irradiated with the first laser pulse with a second laser pulse to heat the annealing object;
Ending irradiation of the first laser pulse after the irradiation end time of the second laser pulse,
When the annealing object has an absorption coefficient at the wavelength of the first laser pulse lower than that at the wavelength of the second laser pulse and is heated by irradiation with the second laser pulse, the annealing is performed. A laser annealing method in which an absorption coefficient of an object in the wavelength region of the first laser pulse is higher than that before heating.
前記第2のレーザパルスは、前記第1のレーザパルスよりも短波長である請求項6に記載のレーザアニール方法。   The laser annealing method according to claim 6, wherein the second laser pulse has a shorter wavelength than the first laser pulse.
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