JP2009188251A - レーザ照射位置評価サンプル生成方法と装置およびレーザ照射位置安定性評価方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板1に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板1にパルスレーザを順次照射しながら、半導体基板1におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置評価サンプル生成方法であって、レーザ照射位置評価サンプルとするレーザ被照射体2に、レーザ照射装置3によりパルスレーザを照射しながら、レーザ被照射体2上におけるパルスレーザの照射部分を、改質処理用速度よりも速い評価用速度で移動方向に移動させる。評価用速度は、レーザ被照射体2上における各パルスレーザの照射領域を互いに移動方向に分離できる速さである。
【選択図】図1
Description
また、本発明は、レーザ照射位置評価サンプル生成方法または装置により得られたレーザ照射位置評価サンプルに基づいてレーザ照射装置のパルスレーザ照射位置安定性を評価するレーザ照射位置安定性評価方法と装置に関する。
図12(A)は、半導体改質処理を行うレーザ照射装置40の構成を示している。図12(B)は、図12(A)のB−B線矢視図である。
半導体改質処理においては、図12に示すように、レーザ照射装置40により、半導体基板1にパルスレーザを所定の周波数で順次照射しながら、半導体基板1におけるパルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板1上のパルスレーザ照射領域を移動方向に連続的に増やしていく。パルスレーザは、一般的に、レーザ形状調節光学系41により、図12(B)の破線で示す形状ように、レーザ進行方向と垂直な断面形状が横長(例えば、矩形、線状)となるように調節されて半導体基板1上に照射させる。従って、レーザ照射部分も横長になる。パルスレーザの照射領域の移動は、例えば、図12に示すように、半導体基板1にパルスレーザを照射しながら、半導体基板1が積載されたステージ42を移動装置43により移動方向に移動させることで行う。これにより、半導体基板1の所望の範囲にわたってパルスレーザが照射される。このようなレーザ照射装置(レーザアニール装置)は、例えば特許文献1に記載されている。
図13に示すような照射むらは、パルスレーザのパルス時間幅よりも長時間にわたるものである。しかし、それでも、パルスレーザ照射位置の安定性を精度よく評価するためには、パルス毎に照射位置がどれだけ変動しているかを評価できるようにすることが望ましい。
また、本発明の第2の目的は、上記のレーザ照射位置評価サンプル生成方法または装置により生成したサンプルを用いて、パルスレーザの照射位置安定性を精度よく評価できるレーザ照射位置安定性評価方法と装置を提供することにある。
レーザ照射位置評価サンプルとするレーザ被照射体に、前記レーザ照射装置によりパルスレーザを照射しながら、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させ、
前記評価用速度は、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さである、ことを特徴とするレーザ照射位置評価サンプル生成方法が提供される。
請求項1のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像装置により撮像して画像データを取得し、
前記画像データから前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、
該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価する、ことを特徴とするレーザ照射位置安定性評価方法が提供される。
例えば、多数の隣接パルスレーザ照射位置同士の相対的位置データ(時系列データ)を得ることができ、これにより、パルスレーザのパルス時間幅よりも長い時間にわたるレーザ照射位置安定性評価を精度よく行える。
隣接する前記照射領域同士毎に、当該照射領域同士の相対的位置関係が所定の許容範囲内であるという条件を満たすかを判断し、
前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在するかを判断する。
前記レーザ照射装置によりレーザ被照射体にパルスレーザを照射している時に、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させる移動装置を備え、
前記評価用速度は、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さである、ことを特徴とするレーザ照射位置評価サンプル生成装置が提供される。
請求項1のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像して画像データを取得する撮像装置と、
前記画像データから、前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価する診断装置と、を備える、ことを特徴とするレーザ照射位置安定性評価装置が提供される。
図1は、本発明の実施形態によるレーザ照射位置評価サンプル生成装置10の構成図である。レーザ照射位置評価サンプル生成装置10は、レーザ照射装置3のレーザ照射位置評価サンプルを生成する装置である。
レーザ光源5は、所定の周波数で順次パルスレーザを射出するレーザ共振器である。なお、レーザ共振器5は、半導体改質処理時とレーザ照射位置評価サンプル生成時とで同じ周波数のパルスレーザを射出する。
ステージ7には、半導体改質処理を施す半導体基板1が積載される。
レーザ形状調節光学系9は、パルスレーザビームの形状を調節する。レーザ共振器5からのパルスレーザビームが、レーザ形状調節光学系9を通過することで、パルスレーザ進行方向と垂直なその断面形状が、ステージ7上の半導体基板1表面のレーザ照射位置にて、図12(B)のように横長(例えば、線状、矩形など)になる。
照射位置移動装置11は、レーザ共振器5からのパルスレーザが半導体基板1に照射されている時に、ステージ7を、図1に示す移動方向に一定の改質処理用速度で移動させる。照射位置移動装置11は、例えば、駆動モータと、駆動モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構(例えば、ピニオンとラック)とを有し、変換機構によりステージ7を直線運動させるものであってよい。
制御装置13は、半導体基板1にパルスレーザを照射しながら、半導体基板1が積載されたステージ7を照射位置移動装置11により移動させるようにレーザ共振器5と照射位置移動装置11を制御する。これにより、半導体基板1表面の所望の範囲にわたってパルスレーザが照射されて、当該範囲においてレーザアニール処理がされ半導体が改質される。
なお、符号15は集光レンズを示し、集光レンズ15は、パルスレーザビームをステージ7上の半導体基板1の表面に集光させる。
本実施形態によると、レーザ照射位置評価サンプル生成装置10の照射位置移動装置21は、レーザ照射装置3の照射位置移動装置11と同一であり、レーザ照射装置3の照射位置移動装置11を兼ねる。
まず、ステップS1にて、レーザ照射位置評価サンプルとする評価用半導体基板2をステージ7の上に積載する。ステップS2にて、評価用半導体基板2にパルスレーザを照射しながら、照射位置移動装置21によりステージ7を図1の移動方向に移動させる。これにより、パルスレーザを照射しながら、評価用半導体基板2上におけるパルスレーザの照射部分が、改質処理用速度よりも速い評価用速度で移動方向に移動する。
図4は、本発明の実施形態によるレーザ照射位置安定性評価装置20の構成図である。レーザ照射位置安定性評価装置20は、レーザ照射装置3のレーザ照射位置安定性を評価する装置であり、レーザ照射位置安定性評価装置20は、撮像装置23、診断装置25を備える。
設定データには、半導体基板1に対するレーザ照射条件に応じて設定される次のデータがある。
パルスレーザ寸法r(μm)・・・半導体基板1表面のレーザ照射部分におけるパルスレーザビームの上記移動方向の寸法である。
改質処理用速度v(mm/sec)・・・レーザ照射装置3による半導体改質処理時に半導体基板1(ステージ17)を上記移動方向に搬送・移動させる速度である。
エネルギ密度ED(mJ/cm2)・・・パルスレーザのエネルギ密度である。
パルスレーザ周波数h(Hz)・・・レーザ照射装置3が1秒間に射出するパルスレーザの数である。
評価用速度vp(mm/sec)・・・レーザ照射位置評価サンプル生成時に、照射位置移動装置21が評価用半導体基板2(ステージ17)を上記移動方向に搬送・移動させる速度である。
診断長さLd(mm)・・・評価用半導体基板2における前記移動方向の長さである。この長さが診断を行う範囲の長さとなる。
エラー判定長さLe(mm)・・・評価用半導体基板2における前記移動方向の長さである。この長さにわたって連続してレーザ照射位置の変動が許容値を超える場合にレーザ照射位置の安定性が低いと判断する。
許容結晶粒径Δgs(μm)・・・結晶粒の直径・寸法の許容最小値。即ち、許容最小値より小さい許容結晶粒径は許容範囲外となる。Δgsは図6の縦軸の値に相当する。
aED・・・エネルギ密度EDに応じて定まる係数である。図6に示す1次関数の傾きに相当する。
bED(nm)・・・エネルギ密度EDに応じて定まる値である。図6に示す1次関数の切片に相当する。
なお、各設定データの記号は、本明細書の他の箇所においても用いる。各記号の定義は上記の通りである。後で新たに述べる記号についても同様である
図6において、横軸xは、パルスレーザのオーバーラップ率を示す。このオーバーラップ率は、後述するOL=(r−1000v/h)/rにより求まる、即ち、オーバーラップ率は、レーザ照射装置3により上述のように半導体基板1を改質処理用速度vで上記移動方向に移動させながら、パルスレーザを周波数h(Hz)で半導体基板1に照射した場合に、各パルスレーザの照射領域に対する、連続する2つのパルスレーザの照射領域同士が重なっている領域の割合である。図6の縦軸yは、レーザ照射装置3による半導体改質処理で得られる半導体基板1の半導体結晶粒寸法を示す。図6の菱形で示す各プロットは予測値であり、オーバーラップ率xと半導体結晶粒寸法yとは1次関数y=aEDx+bEDで近似できる。図6の例では、aEDは672.7であり、bEDは−320.81である。なお、横軸xの「90%径のOL率」のうち「90%径の」とは、エネルギ密度最大値の90%以上の領域のみをパルスレーザの照射領域とし、他の領域をパルスレーザ照射領域として考慮しないことを意味する。例えば、図7(A),(B)は、それぞれ、半導体基板1表面におけるパルスレーザのエネルギ密度関数を示しており、領域Rのみをパルスレーザの照射領域とする。図8は、パルスレーザのエネルギ密度EDが460(mJ/cm2)である場合を示している。
オーバーラップ率OL : OL=(r−1000v/h)/r
許容オーバーラップ率ΔOL : ΔOL=(Δgs−bED)/aED
許容ビーム位置変動Δbp(μm) : Δbp=r×ΔOL
基準パルス間隔dp(μm) : dp=1000vp/h
ビーム位置変動Δd(μm) : Δd=dR−dp
診断パルス数Pd : Pd=(Ld/v)×h
エラー判定パルス数Pe : Pe=(Le/v)×h
なお、dRまたはΔbpにより、隣接するパルスレーザ照射領域同士の相対的位置関係が示される。本実施形態では、|Δd|がΔbp/2より大きければ、当該相対的位置関係は所定の許容範囲内にはないこととする。
ステップS21にて、診断装置25は、CCDカメラ29が撮像した1枚の画像内におけるパルスレーザ照射領域の数nから取得すべき画像枚数Pd/nを算出する。
ステップS22にて、診断装置25は、移動装置31がステージ17を所定のピッチだけ上記移動方向に移動させるように、移動装置31を制御する。
ステップS23にて、診断装置25は、ステージ17が静止している状態で、CCDカメラ29が評価用半導体基板2の画像を撮像するように、CCDカメラ29を制御する。
ステップS24にて、診断装置25は、取得した画像の枚数がPd/nに達したかを判断する。達したと判断した場合は、撮像制御を終了する。一方、達していないと判断した場合には、ステップS22に戻る。
この撮像制御により、診断パルス数Pdのパルスレーザ照射領域を含む画像データを取得する。
上述の撮像制御により取得した画像データ(評価対象範囲)において、隣接するパルスレーザ照射領域同士毎に、当該照射領域同士の|Δd|がΔbp/2を超えないという条件を満たすかを判断し、この条件を満たさない箇所が、Pe回以上連続する部分が存在するかを判断する。存在する場合には、パルスレーザ照射位置の安定性が低いと判断する。一方、存在しない場合には、レーザ照射位置の安定性が十分に高いと判断する。図11は、この判断を示すグラフである。図11の横軸は、パルスレーザの番号を示す。パルスレーザ番号は、レーザ照射装置3から射出された順に付けられる番号である。図11の縦軸は、隣り合うパルスレーザ番号同士についてのΔdを示す。図11の場合には、図11のエラー部分において、|Δd|がPe回以上連続してΔbp/2を超えている。従って、図11の場合には、診断装置25はレーザ照射位置の安定性が低いと判断し、その旨の信号を出力する。
例えば、多数の隣接パルスレーザ照射位置同士の相対的位置データ(時系列データ)dR、Δdを得ることができ、これにより、パルスレーザのパルス時間幅よりも長い時間にわたるレーザ照射位置安定性評価を精度よく行える。
Claims (6)
- 半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを時間幅をもって順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置評価サンプル生成方法であって、
レーザ照射位置評価サンプルとするレーザ被照射体に、前記レーザ照射装置によりパルスレーザを照射しながら、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させ、
前記評価用速度は、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さである、ことを特徴とするレーザ照射位置評価サンプル生成方法。 - 半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置安定性評価方法であって、
請求項1のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像装置により撮像して画像データを取得し、
前記画像データから前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、
該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価する、ことを特徴とするレーザ照射位置安定性評価方法。 - 前記情報に基づいて、前記レーザ被照射体における前記移動方向の所定の評価対象範囲において、
隣接する前記照射領域同士毎に、当該照射領域同士の相対的位置関係が所定の許容範囲内であるという条件を満たすかを判断し、
前記条件を満たさない箇所が、所定の許容数以上連続する部分が存在するかを判断する、ことを特徴とする請求項2に記載のレーザ照射位置安定性評価方法。 - 半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置評価サンプル生成装置であって、
前記レーザ照射装置によりレーザ被照射体にパルスレーザを照射している時に、前記レーザ被照射体上におけるパルスレーザの照射部分を、前記改質処理用速度よりも速い評価用速度で前記移動方向に移動させる移動装置を備え、
前記評価用速度は、前記レーザ被照射体上における前記各パルスレーザの照射領域を互いに前記移動方向に分離できる速さである、ことを特徴とするレーザ照射位置評価サンプル生成装置。 - 前記移動装置は、半導体改質処理時に改質処理用速度でパルスレーザの前記照射部分を移動させる第1動作モードと、レーザ照射位置評価サンプル生成時に前記評価用速度で前記パルスレーザの照射部分を移動させる第2動作モードとの間で切り替え可能である、ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ照射位置評価サンプル生成装置。
- 半導体基板に対しレーザ照射による半導体改質処理を行うために、半導体基板にパルスレーザを順次照射しながら、該半導体基板における該パルスレーザの照射部分を所定の移動方向に改質処理用速度で移動させることで、半導体基板上のパルスレーザ照射領域を前記移動方向に連続的に増やしていくレーザ照射装置のレーザ照射位置安定性評価装置であって、
請求項1のレーザ照射位置評価サンプル生成方法によりパルスレーザが照射された前記レーザ被照射体におけるパルスレーザの前記照射領域を含む領域を撮像して画像データを取得する撮像装置と、
前記画像データから、前記レーザ被照射体におけるパルスレーザ照射領域同士毎の相対的位置の情報を抽出し、該情報に基づいて、レーザ照射装置のレーザ照射位置安定性を評価する診断装置と、を備える、ことを特徴とするレーザ照射位置安定性評価装置。
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