JP2011187761A - Method for manufacturing semiconductor device, and laser annealing apparatus - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device, and laser annealing apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device, adapted to suppress an excessive increase in temperature of a back of an irradiation object, and to activate even down to a deep region. <P>SOLUTION: Laser beam incidence to the surface of an irradiation object starts. During the incidence of laser beam on the irradiation object, a physical quantity depending on the surface temperature of a region where the laser beam is incident is measured. It is determined whether the irradiation of laser beam is to be stopped, on the basis of the measured physical quantity. If it is determined that the irradiation of laser beam is to be stopped, irradiation of laser beam is stopped, and after a predetermined standby time elapses, irradiation of laser beam resumed; and if it is determined that the irradiation of laser beam is not to be stopped, irradiation of laser beam is continued. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、照射対象物にレーザビームを照射してアニールする工程を含む半導体装置の製造方法、及びレーザアニール装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of annealing a target object by irradiating a laser beam and a laser annealing apparatus.

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)の製造工程において、ゲート電極やエミッタが形成された表面(第1の表面)とは反対側の表面(第2の表面)にコレクタが形成される。半導体ウエハの第2の表面にレーザビームを照射することにより、コレクタに注入された不純物を活性化することができる。   In the manufacturing process of an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a collector is formed on the surface (second surface) opposite to the surface (first surface) on which the gate electrode and emitter are formed. By irradiating the second surface of the semiconductor wafer with the laser beam, the impurity implanted into the collector can be activated.

半導体ウエハの深部に注入した不純物を活性化するために、波長690nm〜900nm、照射時間10μs〜100μs、パワー密度250kW/cm〜750kW/cmの条件でレーザアニールを行う方法が公知である(特許文献1)。連続発振のレーザ光源を用い、半導体ウエハの表面のビームスポットサイズを制御することにより、レーザビームの照射時間を制御する方法が公知である(特許文献2)。 In order to activate the impurities implanted deep in the semiconductor wafer, the wavelength 690Nm~900nm, irradiation time 10Myuesu~100myuesu, a method of performing laser annealing under the conditions in the power density 250kW / cm 2 ~750kW / cm 2 are known ( Patent Document 1). A method of controlling the irradiation time of a laser beam by using a continuous wave laser light source and controlling the beam spot size on the surface of a semiconductor wafer is known (Patent Document 2).

特開2006−351659号公報JP 2006-351659 A 特許第4117020号公報Japanese Patent No. 4117020

IGBTのコレクタに注入された不純物の活性化を行う場合、半導体ウエハの表面を溶融させることなく、なるべく深い領域まで活性化させることが好ましい。また、ゲート電極等が形成された表面(レーザ照射されている表面とは反対側の表面)の過度の温度上昇を抑制することが好ましい。従来のレーザアニール方法では、この両方の要請に十分応えることができない。   In the case of activating the impurities implanted in the IGBT collector, it is preferable to activate as deep a region as possible without melting the surface of the semiconductor wafer. In addition, it is preferable to suppress an excessive temperature rise on the surface where the gate electrode or the like is formed (the surface opposite to the surface irradiated with the laser). The conventional laser annealing method cannot sufficiently satisfy both of these requirements.

本発明の目的は、照射対象物の背面の過度の温度上昇を抑制し、かつ深い領域まで活性化させるのに適した半導体装置の製造方法、及びレーザアニール装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a laser annealing apparatus suitable for suppressing an excessive temperature increase on the back surface of an irradiation object and activating a deep region.

本発明の一観点によると、
照射対象物の表面へのレーザビームの入射を開始する工程と、
前記レーザビームが前記照射対象物に入射している期間に、前記レーザビームが入射している領域の表面温度に依存する物理量を測定する工程と、
測定された前記物理量に基づいて、前記レーザビームの照射を停止するか否かの判定を行う工程と、
前記レーザビームの照射を停止すると判定された場合には、前記レーザビームの照射を停止した後、ある待機時間経過後に、該レーザビームの照射を再開し、前記レーザビームの照射を停止させないと判定された場合には、前記レーザビームの照射を継続する工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Starting the incidence of the laser beam on the surface of the irradiation object;
Measuring a physical quantity depending on a surface temperature of a region where the laser beam is incident during a period in which the laser beam is incident on the irradiation object;
Determining whether to stop the irradiation of the laser beam based on the measured physical quantity; and
If it is determined that the laser beam irradiation is to be stopped, it is determined that the laser beam irradiation is resumed after a certain waiting time has elapsed after the laser beam irradiation is stopped, and the laser beam irradiation is not stopped. In such a case, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a step of continuing the laser beam irradiation.

本発明の他の観点によると、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する位置に照射対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが前記ステージに保持された照射対象物まで到達する状態と、到達しないように該レーザビームを遮断する状態とを切り替える遮断装置と、
前記照射対象物のうち前記レーザビームが入射している位置の表面温度に依存する物理量を測定する測定装置と
を有し、
前記遮断装置は、
前記測定装置による前記物理量の測定結果に基づいて、前記レーザビームの照射を停止するか否かの判定を行い、
前記レーザビームの照射を停止すると判定した場合には、前記レーザビームを遮断した後、ある待機時間経過後に、該レーザビームの照射を再開し、前記レーザビームの照射を停止させないと判定した場合には、前記レーザビームの照射を継続するレーザアニール装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
A laser light source for emitting a laser beam;
A stage for holding an irradiation object at a position where a laser beam emitted from the laser light source is incident;
A blocking device that switches between a state in which the laser beam emitted from the laser light source reaches the irradiation object held on the stage and a state in which the laser beam is blocked so as not to reach the object;
A measuring device that measures a physical quantity that depends on a surface temperature of the irradiation object at a position where the laser beam is incident;
The blocking device is
Based on the measurement result of the physical quantity by the measurement device, determine whether to stop the irradiation of the laser beam,
When it is determined that the laser beam irradiation is to be stopped, after the laser beam is interrupted, after a certain waiting time has elapsed, the laser beam irradiation is resumed and it is determined not to stop the laser beam irradiation. Provides a laser annealing apparatus for continuing the irradiation of the laser beam.

レーザビームの照射を停止させることにより、照射対象物の表面温度の過度の上昇を抑制することができる。また、待機時間経過後にレーザ照射を再開させることにより、熱エネルギを深い領域まで到達させることができる。   By stopping the irradiation of the laser beam, an excessive increase in the surface temperature of the irradiation object can be suppressed. Further, by restarting the laser irradiation after the standby time has elapsed, the thermal energy can reach a deep region.

実施例1によるレーザアニール装置の概略図である。1 is a schematic view of a laser annealing apparatus according to Example 1. FIG. 照射対象物の表面温度が1673Kになるまでの照射時間と、パワー密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the relationship between the irradiation time until the surface temperature of an irradiation target object becomes 1673K, and a power density. 照射対象物の表面温度が1673Kになるまでレーザ照射を行ったときの深さ3μmの位置の最高到達温度と、パワー密度との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated | required with the simulation the relationship between the maximum temperature of the position of 3 micrometers depth when laser irradiation is performed until the surface temperature of an irradiation target object is 1673K, and a power density. 照射対象物の表面温度が1673Kになるまでレーザ照射を行ったときの背面の温度と、経過時間との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated | required the relationship between the temperature of the back surface when laser irradiation is performed until the surface temperature of an irradiation target object is 1673K, and elapsed time by simulation. 実施例1によるレーザアニール方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a laser annealing method according to Example 1. 実施例1による方法でレーザ照射を行った場合の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the temperature change at the time of performing laser irradiation by the method by Example 1. 実施例2によるレーザアニール装置の概略図である。6 is a schematic view of a laser annealing apparatus according to Example 2. FIG. 実施例2によるレーザアニール方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a laser annealing method according to Example 2. 実施例2による方法でレーザ照射を行った場合の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the temperature change at the time of performing laser irradiation by the method by Example 2. FIG. 実施例3によるレーザアニール方法を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a laser annealing method according to Example 3. (11A)及び(11B)は、アニール用レーザビームのビームスポットと参照用レーザビームのビームスポットとの位置関係を示す平面図であり、(11C)は、その他の例を示す平面図である。(11A) and (11B) are plan views showing the positional relationship between the beam spot of the annealing laser beam and the beam spot of the reference laser beam, and (11C) is a plan view showing another example. 実施例3による方法でレーザ照射を行った場合の温度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the temperature change at the time of performing laser irradiation by the method by Example 3. パワー密度と走査速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a power density and a scanning speed. IGBTの断面図である。It is sectional drawing of IGBT.

[実施例1]
図1に、実施例1によるレーザアニール装置の概略図を示す。レーザ光源10が、連続発振レーザビームを出射する。レーザ光源10には、例えば半導体レーザが用いられる。その発振波長は、例えば808nmである。なお、発振波長が650nm〜850nmの範囲内の半導体レーザを用いてもよい。ステージ35に照射対象物60が保持されている。照射対象物60は、例えば不純物が注入された後、活性化アニールを行う前のシリコンウエハである。照射対象物60にレーザビームが入射することにより、レーザアニールが行われる。レーザ光源10から出射するレーザビームを、「アニール用レーザビーム」ということとする。
[Example 1]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to the first embodiment. The laser light source 10 emits a continuous wave laser beam. For the laser light source 10, for example, a semiconductor laser is used. The oscillation wavelength is, for example, 808 nm. A semiconductor laser having an oscillation wavelength in the range of 650 nm to 850 nm may be used. An irradiation object 60 is held on the stage 35. The irradiation object 60 is, for example, a silicon wafer after an impurity is implanted and before activation annealing is performed. Laser annealing is performed when the laser beam is incident on the irradiation object 60. The laser beam emitted from the laser light source 10 is referred to as “annealing laser beam”.

レーザ光源10から出射したレーザビームが、遮断装置20、ビーム整形光学系25、均一化光学素子26、折り返しミラー30、レンズ31を経由して、照射対象物60に入射する。   The laser beam emitted from the laser light source 10 enters the irradiation target 60 via the blocking device 20, the beam shaping optical system 25, the homogenizing optical element 26, the folding mirror 30, and the lens 31.

遮断装置20は、制御装置21、電気光学素子22、ビームスプリッタ23、及びビームダンパ24を含む。レーザ光源10から出射したレーザビームが電気光学素子22を経由して、ビームスプリッタ23に入射する。電気光学素子22として、例えばポッケルスセルが用いられる。ビームスプリッタ23は、入射したレーザビームのP成分を透過させ、S成分を反射する。ビームスプリッタ23で反射されたレーザビームは、ビームダンパ24に入射する。ビームスプリッタ23を透過したレーザビームは、遮断装置20から出射し、ビーム整形光学系25に入射する。   The blocking device 20 includes a control device 21, an electro-optic element 22, a beam splitter 23, and a beam damper 24. The laser beam emitted from the laser light source 10 enters the beam splitter 23 via the electro-optic element 22. For example, a Pockels cell is used as the electro-optic element 22. The beam splitter 23 transmits the P component of the incident laser beam and reflects the S component. The laser beam reflected by the beam splitter 23 enters the beam damper 24. The laser beam transmitted through the beam splitter 23 exits from the blocking device 20 and enters the beam shaping optical system 25.

制御装置21は、電気光学素子22を制御してレーザビームの偏光方向を変化させ、ビームスプリッタ23に対してS成分のみの状態と、P成分のみの状態とを切り替えることができる。レーザビームがS成分のみとされた状態では、レーザビームがビームダンパ24に入射する遮断状態となる。レーザビームがP成分のみとされた状態では、レーザビームがビーム整形光学系25に入射する透過状態となる。電気光学素子22及びビームスプリッタ23に代えて、音響光学素子(AOM)を用いてもよい。   The control device 21 can control the electro-optic element 22 to change the polarization direction of the laser beam, and can switch the state of only the S component and the state of only the P component with respect to the beam splitter 23. In a state where the laser beam is only the S component, the laser beam enters a beam damper 24 and is cut off. When the laser beam is only the P component, the laser beam enters a beam shaping optical system 25 and enters a transmission state. Instead of the electro-optic element 22 and the beam splitter 23, an acousto-optic element (AOM) may be used.

ビーム整形光学系25は、レーザビームのビーム断面を整形する。ビーム整形光学系25には、例えばビームエキスパンダが用いられる。ビーム整形光学系25でビーム断面を整形されたレーザビームが、均一化光学素子26に入射する。均一化光学素子26は、レーザビームのビーム断面内の光強度分布を均一化する。均一化光学素子26には、例えば回折光学素子(DOE)、アレイレンズ、フライアイレンズ等が用いられる。   The beam shaping optical system 25 shapes the beam cross section of the laser beam. For the beam shaping optical system 25, for example, a beam expander is used. The laser beam whose beam section has been shaped by the beam shaping optical system 25 enters the uniformizing optical element 26. The uniformizing optical element 26 uniformizes the light intensity distribution in the beam cross section of the laser beam. For the uniformizing optical element 26, for example, a diffractive optical element (DOE), an array lens, a fly-eye lens, or the like is used.

均一化光学素子26を透過したレーザビームが、折り返しミラー30で反射され、レンズ31を経由して照射対象物60に入射する。照射対象物60に入射するレーザビームの中心光線は、照射対象物60の表面に対して垂直である。均一化光学素子26、レンズ31、及びステージ35は、ステージ35に保持された照射対象物60の表面において光強度分布が均一になるように、レーザビームの進行方向に関する位置が調整されている。   The laser beam transmitted through the homogenizing optical element 26 is reflected by the folding mirror 30 and enters the irradiation object 60 via the lens 31. The central beam of the laser beam incident on the irradiation target 60 is perpendicular to the surface of the irradiation target 60. The positions of the uniformizing optical element 26, the lens 31, and the stage 35 are adjusted with respect to the traveling direction of the laser beam so that the light intensity distribution is uniform on the surface of the irradiation target 60 held on the stage 35.

参照光光源40が、参照用のレーザビームを出射する。参照光光源40には、例えば波長633nmのHeNeレーザが用いられる。なお、発振波長が可視光の波長域または波長1μm以下の近赤外域のレーザを用いてもよい。参照用のレーザビームは、折り返しミラー41で反射され、照射対象物60に斜め入射する。照射対象物60の表面における参照用レーザビームのビームスポットは、アニール用レーザビームのビームスポットに内包されるか、または部分的に重なる。両者のビームスポットの好ましい位置関係については、後に説明する。   The reference light source 40 emits a reference laser beam. For the reference light source 40, for example, a HeNe laser having a wavelength of 633 nm is used. Note that a laser in the near-infrared region having an oscillation wavelength of visible light or a wavelength of 1 μm or less may be used. The reference laser beam is reflected by the folding mirror 41 and obliquely enters the irradiation object 60. The beam spot of the reference laser beam on the surface of the irradiation object 60 is included or partially overlaps with the beam spot of the annealing laser beam. A preferred positional relationship between the beam spots will be described later.

照射対象物60に入射した参照用レーザビームの一部は、照射対象物60の表面で反射し、折り返しミラー42で反射されて参照光検出器43に入射する。参照光検出器43には、例えばフォトダイオードが用いられる。参照光検出器43で検出された反射光の強度データが、制御装置21に入力される。   A part of the reference laser beam that has entered the irradiation target 60 is reflected by the surface of the irradiation target 60, is reflected by the folding mirror 42, and enters the reference light detector 43. For the reference light detector 43, for example, a photodiode is used. The intensity data of the reflected light detected by the reference light detector 43 is input to the control device 21.

照射対象物60の表面のうち、アニール用レーザビームのビームスポット内の特定の位置からの黒体放射光の一部が、集光レンズ50で集光され、黒体放射検出器51に入射する。黒体放射検出器51で検出された黒体放射強度データが制御装置21に入力される。制御装置21は、反射光の強度データ及び黒体放射強度データの少なくとも一方のデータに基づいて、電気光学素子22を制御する。   A part of the black body radiation from a specific position in the beam spot of the annealing laser beam on the surface of the irradiation object 60 is collected by the condenser lens 50 and enters the black body radiation detector 51. . Black body radiation intensity data detected by the black body radiation detector 51 is input to the control device 21. The control device 21 controls the electro-optical element 22 based on at least one of reflected light intensity data and blackbody radiation intensity data.

黒体放射は、照射対象物60の表面から、立体角2πステラジアンの空間に放射されるため、集光レンズ50に入射する黒体放射光は少ない。従って、黒体放射検出器51として、アバランシェフォトダイオード(APD)や、光電子増倍管(PMT)等の増倍機能を持った検出器を用いることが好ましい。また、アニール用レーザビームの散乱光の影響を受けないようにするために、黒体放射検出器51を暗室内に配置し、黒体放射光を光ファイバで暗室内の黒体放射検出器51まで伝送することが好ましい。   Since black body radiation is radiated from the surface of the irradiation object 60 into a space with a solid angle of 2π steradians, there is little black body radiation incident on the condenser lens 50. Therefore, it is preferable to use a detector having a multiplication function such as an avalanche photodiode (APD) or a photomultiplier tube (PMT) as the black body radiation detector 51. In order not to be affected by the scattered light of the annealing laser beam, the black body radiation detector 51 is disposed in the dark room, and the black body radiation detector 51 is disposed in the dark room with an optical fiber. It is preferable to transmit up to.

走査機構36が、ステージ35を、照射対象物60の表面に平行なX軸方向及びY軸方向に移動させる。アニール用レーザビームを照射しながらステージ35を移動させることにより、照射対象物60の表面をレーザビームで走査することができる。例えば、X軸方向及びY軸方向を、それぞれ主走査方向及び副走査方向とする。   The scanning mechanism 36 moves the stage 35 in the X axis direction and the Y axis direction parallel to the surface of the irradiation target 60. By moving the stage 35 while irradiating the annealing laser beam, the surface of the irradiation object 60 can be scanned with the laser beam. For example, let the X-axis direction and the Y-axis direction be the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively.

次に、図2〜図4を参照して、半導体ウエハ、例えばシリコンウエハの活性化アニールを行う際の好ましいアニール条件について説明する。シリコンの融点は1687Kである。IGBTのコレクタのアニールを行う場合には、ゲート電極やエミッタ等が形成されている表側の温度が過度に上昇せず、かつ、背面からなるべく深い位置まで活性化される条件でアニールを行うことが好ましい。   Next, with reference to FIG. 2 to FIG. 4, preferable annealing conditions for performing activation annealing of a semiconductor wafer, for example, a silicon wafer will be described. The melting point of silicon is 1687K. When annealing the IGBT collector, the annealing should be performed under the condition that the temperature on the front side where the gate electrode, the emitter, etc. are formed does not increase excessively and is activated as deep as possible from the back surface. preferable.

エキシマレーザ等の紫外域のレーザは、半導体ウエハの極表面で吸収されてしまうため、深い位置まで活性化させるアニールには適さない。また、遠赤外域の波長になると、半導体ウエハによる吸収係数が低くなるため、アニールには適さない。IGBTのコレクタの活性化アニールには、波長650nm〜850nmのレーザを用いることが好ましい。   An ultraviolet laser such as an excimer laser is absorbed by the extreme surface of the semiconductor wafer, and is not suitable for annealing to activate to a deep position. Further, when the wavelength is in the far infrared region, the absorption coefficient of the semiconductor wafer is low, so that it is not suitable for annealing. For activation annealing of the IGBT collector, it is preferable to use a laser having a wavelength of 650 nm to 850 nm.

図2に、半導体ウエハの表面におけるレーザビームのパワー密度と、表面温度が、半導体ウエハの融点よりもやや低い1673Kまで上昇するまでの照射時間との関係のシミュレーション結果を示す。横軸はパワー密度を単位「kW/cm」で表し、縦軸は照射時間を単位「μs」で表す。レーザビームの波長は800nmとし、半導体ウエハの材料はシリコンとした。パワー密度が高くなるに従って、表面温度が1673Kに達するまでの照射時間が短くなっている。 FIG. 2 shows a simulation result of the relationship between the power density of the laser beam on the surface of the semiconductor wafer and the irradiation time until the surface temperature rises to 1673 K, which is slightly lower than the melting point of the semiconductor wafer. The horizontal axis represents the power density in the unit “kW / cm 2 ”, and the vertical axis represents the irradiation time in the unit “μs”. The wavelength of the laser beam was 800 nm, and the semiconductor wafer material was silicon. As the power density increases, the irradiation time until the surface temperature reaches 1673K is shortened.

図3に、図2のシミュレーションにおいて、レーザ照射側の表面から深さ3μmの位置の最高到達温度を示す。横軸は、パワー密度を単位「kW/cm」で表し、縦軸は、最高到達温度を単位「K」で表す。いずれの照射条件においても、表面の最高到達温度は1673Kであるが、深さ3μmの位置の最高到達温度はパワー密度に依存してばらつくことがわかる。パワー密度が高くなるに従って、最高到達温度は低くなる傾向を示している。 FIG. 3 shows the maximum temperature reached at a depth of 3 μm from the surface on the laser irradiation side in the simulation of FIG. The horizontal axis represents the power density in the unit “kW / cm 2 ”, and the vertical axis represents the maximum attained temperature in the unit “K”. Under any irradiation condition, the maximum temperature reached on the surface is 1673K, but the maximum temperature reached at a depth of 3 μm varies depending on the power density. As the power density increases, the maximum temperature reached tends to decrease.

図2に示したように、パワー密度が高くなると、照射時間が短くなることから、半導体ウエハ表面の極近傍が急激に加熱される。これにより、半導体ウエハ内部の温度上昇幅は小さくなり、温度が高く保持される時間が短くなる。パワー密度が高くなると、表面が非溶融であるという条件下で、深い領域の不純物の活性化を行うことが困難であることがわかる。   As shown in FIG. 2, when the power density is increased, the irradiation time is shortened, so that the vicinity of the surface of the semiconductor wafer is rapidly heated. Thereby, the temperature rise width inside the semiconductor wafer is reduced, and the time during which the temperature is kept high is shortened. It can be seen that when the power density increases, it is difficult to activate deep region impurities under the condition that the surface is not melted.

図4に、レーザ照射開始からの経過時間と、半導体ウエハの背面(レーザ照射している表面とは反対側の表面)の温度との関係のシミュレーション結果を示す。横軸は経過時間を単位「μs」で表し、縦軸は背面の温度を単位「K」で表す。各曲線に付した数値は、半導体ウエハの表面におけるレーザビームのパワー密度を示す。なお、半導体ウエハの表面温度が1673Kになった時点でレーザ照射を停止させた。また、境界条件として、半導体ウエハの厚さを100μmとし、背面を断熱状態とした。   FIG. 4 shows a simulation result of the relationship between the elapsed time from the start of laser irradiation and the temperature of the back surface of the semiconductor wafer (surface opposite to the surface irradiated with laser). The horizontal axis represents the elapsed time in the unit “μs”, and the vertical axis represents the back surface temperature in the unit “K”. The numerical value attached to each curve indicates the power density of the laser beam on the surface of the semiconductor wafer. The laser irradiation was stopped when the surface temperature of the semiconductor wafer reached 1673K. As boundary conditions, the thickness of the semiconductor wafer was set to 100 μm, and the back surface was insulative.

パワー密度が低くなる従って、半導体ウエハの背面の到達温度は高くなる。これは、パワー密度が低くなると、図2に示したように照射時間が長くなることによって、半導体ウエハへの総投入エネルギが大きくなるためである。   As the power density decreases, the temperature reached on the back surface of the semiconductor wafer increases. This is because when the power density is lowered, the irradiation time becomes longer as shown in FIG. 2, so that the total energy input to the semiconductor wafer is increased.

活性化深さを深くするには、高温で長時間のアニールを行うことが求められる。高温で長時間のアニールを行うためには、図2及び図3の結果から、パワー密度を低くすることが好ましい。ところが、図4に示したように、パワー密度を低くすると、半導体ウエハの背面温度の上昇が大きくなってしまう。半導体ウエハの背面、すなわちIGBTの表面側の構成により、レーザアニール時に許容される温度上昇幅が制約される。許容される温度上昇幅が大きい場合には、低いパワー密度でレーザアニールを行うことにより、深い領域の不純物の活性化を行うことができる。   In order to increase the activation depth, it is required to perform annealing at a high temperature for a long time. In order to perform annealing at a high temperature for a long time, it is preferable to lower the power density from the results shown in FIGS. However, as shown in FIG. 4, when the power density is lowered, the back surface temperature of the semiconductor wafer is greatly increased. The configuration of the back surface of the semiconductor wafer, that is, the surface side of the IGBT, restricts the temperature increase range allowed during laser annealing. When the allowable temperature rise is large, deep region impurities can be activated by laser annealing at a low power density.

一方、許容される温度上昇幅が小さい場合には、高いパワー密度でアニールすることが必要となり、活性化深さを深くすることが困難になる。図4に示したように、パワー密度が150kW/cmを下回ると、半導体ウエハの背面温度の上昇幅が大きくなりすぎる。従って、パワー密度は150kW/cm以上にすることが好ましいことがわかる。 On the other hand, when the allowable temperature rise is small, it is necessary to anneal at a high power density, and it becomes difficult to increase the activation depth. As shown in FIG. 4, when the power density is less than 150 kW / cm 2 , the increase in the back surface temperature of the semiconductor wafer becomes too large. Therefore, it is understood that the power density is preferably 150 kW / cm 2 or more.

パワー密度の好適値の上限は、活性化深さの目標値に依存する。パワー密度が1MW/cmを超えると、パルスレーザを用いたアニール方法の場合と同程度のオーダになり、非溶融の条件で活性化を行うことが困難になる。従って、パワー密度は1MW/cm以下にすることが好ましい。 The upper limit of the preferred value of the power density depends on the target value of the activation depth. When the power density exceeds 1 MW / cm 2 , the order is about the same as that in the annealing method using a pulse laser, and it becomes difficult to perform activation under non-melting conditions. Therefore, the power density is preferably 1 MW / cm 2 or less.

また、一般的に、半導体ウエハの背面の最高到達温度は600K以下にすることが望まれる。このため、図4のシミュレーション結果から、パワー密度を250kW/cm以上にすることが好ましい。また、活性化深さの目標値を3μm程度にする場合には、深さ3μmの位置の最高到達温度が1000℃(1273K)を超える条件とすることが好ましい。従って、図3のシミュレーション結果から、パワー密度を500kW/cm以下にすることが好ましい。 In general, it is desirable that the maximum temperature reached on the back surface of the semiconductor wafer be 600K or less. For this reason, it is preferable from the simulation result of FIG. 4 that the power density is 250 kW / cm 2 or more. Moreover, when the target value of the activation depth is set to about 3 μm, it is preferable that the maximum temperature reached at the position of the depth of 3 μm exceeds 1000 ° C. (1273 K). Therefore, from the simulation results of FIG. 3, the power density is preferably 500 kW / cm 2 or less.

図5に、実施例1によるレーザアニール方法のフローチャートを示す。実施例1では、ステップアンドリピート方法が採用される。すなわち、照射対象物60を静止させてアニール用レーザビームの照射を行う。照射位置のアニールが完了すると、レーザ照射を停止させ(レーザビームを遮断し)照射対象物60を移動させる。その後、照射対象物60を静止させて、新しい領域にアニール用レーザビームを照射する。このように、照射対象物60を静止させた状態でのレーザビームの照射と、照射対象物60の移動とを交互に繰り返す。   FIG. 5 shows a flowchart of the laser annealing method according to the first embodiment. In the first embodiment, a step-and-repeat method is adopted. That is, the irradiation object 60 is stopped and the annealing laser beam is irradiated. When the annealing of the irradiation position is completed, the laser irradiation is stopped (the laser beam is interrupted), and the irradiation object 60 is moved. Thereafter, the irradiation object 60 is stopped and a new region is irradiated with the annealing laser beam. In this way, the irradiation of the laser beam and the movement of the irradiation target 60 with the irradiation target 60 stationary are alternately repeated.

まず、ステップSA1において、照射対象物60の目標位置にアニール用レーザビームが入射するように、ステージ35を移動させる。その後、ステージ35を静止させた状態で、アニール用レーザビームの照射を開始する。照射対象物60の表面におけるパワー密度を、例えば400kW/cmとする。 First, in step SA1, the stage 35 is moved so that the annealing laser beam is incident on the target position of the irradiation object 60. Thereafter, irradiation of the annealing laser beam is started while the stage 35 is stationary. The power density on the surface of the irradiation target 60 is, for example, 400 kW / cm 2 .

ステップSA2において、照射開始時点から、規定の照射時間が経過したか否かを判定する。規定の照射時間は、予め種々の評価実験を行うことにより決定されており、制御装置21に記憶されている。規定の照射時間は、例えば53μsとする。   In step SA2, it is determined whether or not a prescribed irradiation time has elapsed since the irradiation start time. The prescribed irradiation time is determined in advance by performing various evaluation experiments, and is stored in the control device 21. The prescribed irradiation time is, for example, 53 μs.

ステップSA3において、照射対象物60の表面温度に依存する物理量を測定する。表面温度に依存する物理量として、参照光検出器43で検出される反射光の強度を採用することができる。照射対象物60の表面の極浅い領域が溶融し、液相状態になると、反射率が高くなる。反射光の強度を測定することにより、照射対象物60の表面の極浅い領域が溶融したことを検出することができる。   In step SA3, a physical quantity depending on the surface temperature of the irradiation object 60 is measured. As a physical quantity that depends on the surface temperature, the intensity of the reflected light detected by the reference light detector 43 can be employed. When an extremely shallow region on the surface of the irradiation object 60 is melted and enters a liquid phase state, the reflectance increases. By measuring the intensity of the reflected light, it is possible to detect that an extremely shallow region on the surface of the irradiation object 60 has melted.

また、表面温度に依存する物理量として、黒体放射検出器51で検出される黒体放射強度を採用してもよい。黒体放射強度を測定することにより、照射対象物60の表面温度を算出することができる。黒体放射強度から、処理対象物60の表面温度を算出する方法は、特開平2008−116269号公報に説明されている。   Further, the black body radiation intensity detected by the black body radiation detector 51 may be adopted as a physical quantity that depends on the surface temperature. By measuring the black body radiation intensity, the surface temperature of the irradiation object 60 can be calculated. A method for calculating the surface temperature of the processing object 60 from the black body radiation intensity is described in JP-A-2008-116269.

ステップSA4において、表面温度に依存する物理量が、しきい値以上か否かを判定する。このしきい値は、物理量が、温度許容範囲の上限値に相当する値に設定されている。表面温度に依存する物理量として反射光の強度を採用する場合には、固相状態のときの反射光の強度と、液相状態の反射光の強度との中間の強度をしきい値とすればよい。このしきい値は、制御装置21に記憶されている。測定された反射光の強度がこのしきい値以上である場合には、照射対象物60の表面の極浅い領域が溶融したと考えられる。   In step SA4, it is determined whether or not the physical quantity depending on the surface temperature is equal to or greater than a threshold value. In this threshold value, the physical quantity is set to a value corresponding to the upper limit value of the temperature allowable range. When the intensity of reflected light is adopted as a physical quantity that depends on the surface temperature, the intensity between the intensity of the reflected light in the solid phase and the intensity of the reflected light in the liquid phase is used as a threshold value. Good. This threshold value is stored in the control device 21. When the measured intensity of the reflected light is equal to or higher than this threshold value, it is considered that an extremely shallow region on the surface of the irradiation object 60 has melted.

表面温度に依存する物理量として黒体放射強度を採用する場合には、処理対象物60の融点、または融点よりもやや低い温度の表面からの黒体放射強度をしきい値とすればよい。例えば、このしきい値は、表面温度が1673Kのときの黒体放射強度と等しくなるように設定する。   When black body radiation intensity is adopted as a physical quantity depending on the surface temperature, the black body radiation intensity from the surface of the object 60 to be processed or a temperature slightly lower than the melting point may be used as the threshold value. For example, this threshold value is set to be equal to the black body radiation intensity when the surface temperature is 1673K.

なお、判定条件として、反射光強度の測定結果と、黒体放射強度の測定結果との両方を用いてもよい。   Note that both the measurement result of the reflected light intensity and the measurement result of the black body radiation intensity may be used as determination conditions.

表面温度に依存する物理量がしきい値以上であると判定された場合、ステップSA5において、レーザビームの照射を停止させる。具体的には、電気光学素子22を制御することにより、レーザビームを遮断する。その後、ステップSA6において、一定時間待機した後、ステップSA1に戻ってレーザ照射を再開する。この待機時間は、例えば表面温度がある温度(例えば1273K)まで低下する時間に設定しておく。この時間は、予めシミュレーション、または実際の評価実験により求めておけばよい。   If it is determined that the physical quantity depending on the surface temperature is equal to or greater than the threshold value, the laser beam irradiation is stopped in step SA5. Specifically, the laser beam is blocked by controlling the electro-optic element 22. Thereafter, in step SA6, after waiting for a certain time, the process returns to step SA1 to resume laser irradiation. This standby time is set to a time for which the surface temperature decreases to a certain temperature (for example, 1273 K), for example. This time may be obtained in advance by simulation or actual evaluation experiment.

ステップSA4で、表面温度に依存する物理量がしきい値未満であると判定された場合には、レーザビームの照射を停止させることなくステップSA2に戻る。   If it is determined in step SA4 that the physical quantity depending on the surface temperature is less than the threshold value, the process returns to step SA2 without stopping the laser beam irradiation.

ステップSA2で、照射開始時点から、規定の照射時間が経過したと判定された場合、ステップSA7において、レーザ照射を停止する。なお、「照射開始時点」とは、ステップSA6を経由してステップSA1で照射を再開した時点ではなく、ステージ35を静止させてから最初にレーザ照射を開始した時点を意味する。   If it is determined in step SA2 that the specified irradiation time has elapsed from the start of irradiation, laser irradiation is stopped in step SA7. The “irradiation start time” means not the time when irradiation is resumed in step SA1 via step SA6 but the time when laser irradiation is first started after the stage 35 is stopped.

ステップSA7でレーザ照射を停止した後、ステップSA8において、照射対象物60の全域の照射が完了したか否かを判定する。全域の照射が完了した場合には、アニール処理を終了する。全域の照射が完了していない場合には、ステップSA9において、ステージ35を移動させた後、静止させる。その後、ステップSA1に戻って、新しい領域へのレーザ照射を開始する。なお、既にレーザ照射が終了した領域と、次にレーザ照射すべき領域とは、部分的に重なるように配置することが好ましい。   After stopping laser irradiation in step SA7, in step SA8, it is determined whether or not irradiation of the entire irradiation object 60 has been completed. When the irradiation of the entire area is completed, the annealing process is terminated. If irradiation of the entire area has not been completed, the stage 35 is moved and then stopped at step SA9. Thereafter, the process returns to step SA1, and laser irradiation to a new area is started. Note that it is preferable that the region where laser irradiation has already been completed and the region where laser irradiation is to be performed next overlap with each other.

図6に、ステージ35が静止している状態でレーザ照射を行う間、すなわち図5のステップSA1からステップSA7までの間の温度変化のシミュレーション結果を示す。横軸は経過時間を単位「μs」で表し、縦軸は温度を単位「K」で表す。図6中の実線は表面温度を示し、点線は深さ3μmの位置の温度を示す。破線は、処理対象物60の厚さが100μmとしたときの背面の温度を示す。なお、処理対象物60の背面は断熱状態であると仮定した。照射対象物はシリコンウエハとし、アニール用レーザビームの波長は800nmとした。   FIG. 6 shows a simulation result of a temperature change during laser irradiation while the stage 35 is stationary, that is, from step SA1 to step SA7 in FIG. The horizontal axis represents elapsed time in the unit “μs”, and the vertical axis represents temperature in the unit “K”. The solid line in FIG. 6 indicates the surface temperature, and the dotted line indicates the temperature at a depth of 3 μm. A broken line indicates the temperature of the back surface when the thickness of the processing object 60 is 100 μm. In addition, it was assumed that the back surface of the process target object 60 is a heat insulation state. The object to be irradiated was a silicon wafer, and the wavelength of the annealing laser beam was 800 nm.

時刻0において、レーザ照射を開始する。レーザ照射によって表面温度が上昇する。時刻tにおいて、温度依存物理量がしきい値以上になると、レーザ照射が停止される(ステップSA5)。このため、表面温度が下降し始める。時刻t2まで待機し(ステップSA6)、時刻t2において、レーザ照射を再開する(ステップSA1)。時刻t3まで、ステップSA5のレーザ照射の停止が14回実行される。時刻t3において、規定の照射時間が経過すると、レーザ照射を停止する(ステップSA7)。 At time 0, laser irradiation is started. Surface temperature rises by laser irradiation. At time t 1, the temperature-dependent physical quantity is equal to or greater than the threshold value, the laser irradiation is stopped (step SA5). For this reason, the surface temperature starts to fall. Wait until time t2 (step SA6), and resume laser irradiation at time t2 (step SA1). Until time t3, laser irradiation is stopped 14 times in step SA5. When the prescribed irradiation time has elapsed at time t3, laser irradiation is stopped (step SA7).

時刻0から時刻t3までの間、深さ3μmの位置の温度は、表面温度に追随して上昇と下降とを繰り返す。上昇と下降とを繰り返す間、深さ3μmの位置の時間平均温度は、上昇傾向を示す。深さ100μmの位置の温度は、上昇と下降とを繰り返すことはなく、時間の経過と共に徐々に上昇する。   From time 0 to time t3, the temperature at the depth of 3 μm repeats rising and falling following the surface temperature. While the rise and fall are repeated, the time average temperature at the position of 3 μm in depth shows a rising tendency. The temperature at the depth of 100 μm does not repeat rising and falling, and gradually increases with time.

このように、表面温度に依存する物理量が、温度範囲の上限値に相当するしきい値に達した時点でレーザ照射を停止させることにより、表面を溶融させることなく、深い位置の温度を上昇させることができる。これにより、深い領域の活性化を行うことが可能になる。   Thus, by stopping the laser irradiation when the physical quantity depending on the surface temperature reaches a threshold value corresponding to the upper limit value of the temperature range, the temperature at a deep position is increased without melting the surface. be able to. This makes it possible to activate deep regions.

実施例1では、ステップSA6における待機時間を、表面温度がある基準温度、例えば1273Kに下降するまでの時間をシミュレーションにより予め計算しておいた。ただし、レーザ照射開始からの経過時間が長くなると、照射対象物の平均温度が高くなり、基準温度まで下降する時間も長くなる。待機時間は、ある特定の温度条件でシミュレーションによる計算により求めた時間に固定してもよい。また、処理対象物の平均温度が上昇するにしたがって待機時間を徐々に長くしてもよい。ただし、レーザ照射中に照射対象物の平均温度を測定することは困難である。このため、待機時間は、照射開始からの経過時間の関数として、予め設定しておくことが好ましい。   In the first embodiment, the standby time in Step SA6 is calculated in advance by simulation by calculating the time until the surface temperature falls to a certain reference temperature, for example, 1273K. However, if the elapsed time from the start of laser irradiation becomes longer, the average temperature of the irradiation object becomes higher, and the time for lowering to the reference temperature also becomes longer. The waiting time may be fixed to a time obtained by calculation by simulation under a specific temperature condition. Further, the standby time may be gradually increased as the average temperature of the processing object increases. However, it is difficult to measure the average temperature of the irradiation object during laser irradiation. For this reason, the standby time is preferably set in advance as a function of the elapsed time from the start of irradiation.

実施例1では、参照用レーザビームを照射対象物60に斜め入射させたが、アニール用レーザビームの経路に重ねて垂直入射させてもよい。垂直入射させる場合には、例えば、図1の折り返しミラー30とレンズ31との間に、ダイクロイックミラーを配置し、参照用レーザビームをアニール用レーザビームの経路に重畳させればよい。このダイクロイックミラーは、アニール用レーザビームを透過させ、参照用レーザビームを反射する。照射対象物60で反射された参照用レーザビームは、入射経路と反対向きに伝搬し、ダイクロイックミラーで反射される。ダイクロイックミラーと参照用光源40との間に、ビームスプリッタと1/4波長板を挿入することにより、反射光の経路を入射光の経路から分岐させることができる。分岐後の反射光の経路上に、参照光検出器43が配置される。   In the first embodiment, the reference laser beam is obliquely incident on the irradiation target 60. However, the reference laser beam may be vertically incident on the annealing laser beam. In the case of perpendicular incidence, for example, a dichroic mirror may be disposed between the folding mirror 30 and the lens 31 in FIG. 1, and the reference laser beam may be superimposed on the annealing laser beam path. The dichroic mirror transmits the annealing laser beam and reflects the reference laser beam. The reference laser beam reflected by the irradiation object 60 propagates in the direction opposite to the incident path and is reflected by the dichroic mirror. By inserting a beam splitter and a quarter-wave plate between the dichroic mirror and the reference light source 40, the path of the reflected light can be branched from the path of the incident light. A reference light detector 43 is arranged on the reflected light path after branching.

参照用レーザビームの経路を、アニール用レーザビームの経路に重畳させる場合には、レンズ31として、アニール用レーザビームと参照用レーザビームとの2つの波長域において、反射防止処理が行われ、色消しの設計が行われたものを用いることが好ましい。   When the path of the laser beam for reference is superimposed on the path of the laser beam for annealing, the lens 31 is subjected to antireflection processing in two wavelength regions of the laser beam for annealing and the laser beam for reference. It is preferable to use one that has been designed to be erased.

参照用レーザビームを斜め入射させる構成では、照射対象物60の表面の高さが変わると、参照用レーザビームの入射位置も変わってしまう。このため、参照用レーザビームの光学系の位置を再調整しなければならない。参照用レーザビームの経路を、アニール用レーザビームの経路に重畳させる構成では、この再調整を行う必要がない。   In the configuration in which the reference laser beam is incident obliquely, the incident position of the reference laser beam also changes when the height of the surface of the irradiation target 60 changes. For this reason, the position of the optical system of the reference laser beam must be readjusted. In the configuration in which the path of the reference laser beam is superimposed on the path of the annealing laser beam, this readjustment is not necessary.

実施例1で測定した反射光の強度及び黒体放射強度は、いずれも照射対象物60の表面温度に依存する物理量である。反射光の強度、及び黒体放射強度以外に、表面温度に依存する他の物理量を測定してもよい。例えば、消衰係数を測定することにより、表面温度を算出することができる。   The intensity of the reflected light and the black body radiation intensity measured in Example 1 are both physical quantities that depend on the surface temperature of the irradiation object 60. In addition to the intensity of reflected light and the black body radiation intensity, other physical quantities that depend on the surface temperature may be measured. For example, the surface temperature can be calculated by measuring the extinction coefficient.

[実施例2]
図7に、実施例2によるレーザアニール装置の概略図を示す。実施例2では、図1に示した電気光学素子22に代えて、半波長板22Aが用いられる。半波長板22Aは、制御装置21によって、レーザビームの中心光線を中心として回転方向に変位する。半波長板22Aを回転させることにより、ビームスプリッタ23に対するS成分とP成分との比率を変化させることができる。これにより、ビームスプリッタ23を透過するレーザビームのパワーが変化する。このように、制御装置21、半波長板22A、ビームスプリッタ23、及びビームダンパ24は、パワー調節装置20Aとして作用する。その他の構成は、図1に示した実施例1によるレーザアニール装置の構成と同一である。
[Example 2]
FIG. 7 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to the second embodiment. In the second embodiment, a half-wave plate 22A is used instead of the electro-optical element 22 shown in FIG. The half-wave plate 22 </ b> A is displaced by the control device 21 in the rotation direction around the central ray of the laser beam. By rotating the half-wave plate 22A, the ratio of the S component and the P component with respect to the beam splitter 23 can be changed. As a result, the power of the laser beam that passes through the beam splitter 23 changes. As described above, the control device 21, the half-wave plate 22A, the beam splitter 23, and the beam damper 24 function as the power adjustment device 20A. Other configurations are the same as those of the laser annealing apparatus according to the first embodiment shown in FIG.

図8に、実施例2によるレーザアニール方法のフローチャートを示す。以下、図5に示した実施例1によるレーザアニール方法のフローチャートとの相違点に着目して説明する。まず、ステップSB0において、照射対象物60の表面におけるアニール用レーザビームのパワー密度を初期設定する。具体的には、半波長板22Aの回転方向の位置を初期状態にする。一例として、パワー密度の初期値は、400kW/cmとする。 FIG. 8 shows a flowchart of the laser annealing method according to the second embodiment. Hereinafter, the description will be made focusing on differences from the flowchart of the laser annealing method according to the first embodiment shown in FIG. First, in step SB0, the power density of the annealing laser beam on the surface of the irradiation object 60 is initialized. Specifically, the position in the rotation direction of the half-wave plate 22A is set to the initial state. As an example, the initial value of the power density is 400 kW / cm 2 .

ステップSA1〜SA4、ステップSA7〜SA9は、実施例1の方法と共通である。ステップSA4において、温度依存物理量がしきい値以上と判定された場合には、ステップSB5において、アニール用レーザビームのパワー密度を低下させる。具体的には、半波長板22Aの回転方向の位置を変化させることにより、P成分の比率を少なくする。パワー密度を低下させることにより、表面温度の上昇を抑制し、表面温度が過度に上昇すること、及び表面の溶融を抑制することができる。パワー密度を低下させた後、ステップSA2に戻る。すなわち、パワー密度を低下させた条件でレーザ照射を継続する。   Steps SA1 to SA4 and steps SA7 to SA9 are common to the method of the first embodiment. If it is determined in step SA4 that the temperature-dependent physical quantity is greater than or equal to the threshold value, the power density of the annealing laser beam is reduced in step SB5. Specifically, the ratio of the P component is reduced by changing the position of the half-wave plate 22A in the rotational direction. By reducing the power density, an increase in the surface temperature can be suppressed, an excessive increase in the surface temperature, and a surface melting can be suppressed. After reducing the power density, the process returns to step SA2. That is, laser irradiation is continued under the condition where the power density is lowered.

図9に、ステージ35が静止している状態でレーザ照射を行う間、すなわち図8のステップSB0からステップSA7までの間の温度変化のシミュレーション結果を示す。横軸は経過時間を単位「μs」で表し、縦軸は温度を単位「K」で表す。図9中の太い実線、太い破線。細い実線。細い破線は、それぞれ表面温度、深さ1μmの位置の温度、深さ2μmの位置の温度、及び深さ3μmの位置の温度を示す。長い破線は、処理対象物60の厚さが100μmとしたときの背面の温度を示す。なお、処理対象物60の背面は断熱状態であると仮定した。照射対象物60はシリコンウエハとし、アニール用レーザビームの波長は800nmとした。   FIG. 9 shows a simulation result of the temperature change during the laser irradiation with the stage 35 stationary, that is, from step SB0 to step SA7 in FIG. The horizontal axis represents elapsed time in the unit “μs”, and the vertical axis represents temperature in the unit “K”. A thick solid line and a thick broken line in FIG. Thin solid line. The thin broken lines indicate the surface temperature, the temperature at a depth of 1 μm, the temperature at a depth of 2 μm, and the temperature at a depth of 3 μm, respectively. The long broken line indicates the temperature of the back surface when the thickness of the processing object 60 is 100 μm. In addition, it was assumed that the back surface of the process target object 60 is a heat insulation state. The irradiation object 60 was a silicon wafer, and the wavelength of the annealing laser beam was 800 nm.

時刻0において、レーザ照射を開始する(ステップSA1)。時刻t1において、温度依存物理量がしきい値を超えると、パワー密度を低下させる(ステップSB5)。表面から深い領域に流れる熱エネルギが、レーザ照射によって投入される熱エネルギよりも大きくなり、表面温度が低下し始める。熱エネルギが深さ方向に伝搬すると、深さ方向の温度分布が緩やかになる。表面から深い領域に流れる熱エネルギが、レーザ照射によって投入される熱エネルギよりも小さくなると、表面温度は再度上昇し始める。   At time 0, laser irradiation is started (step SA1). When the temperature-dependent physical quantity exceeds the threshold value at time t1, the power density is reduced (step SB5). The thermal energy flowing from the surface to a deep region becomes larger than the thermal energy input by laser irradiation, and the surface temperature starts to decrease. When thermal energy propagates in the depth direction, the temperature distribution in the depth direction becomes gentle. When the thermal energy flowing from the surface to the deep region becomes smaller than the thermal energy input by laser irradiation, the surface temperature starts to rise again.

温度依存物理量がしきい値を超えるたびに、パワー密度を低下させる。例えば、パワー密度を400kW/cm、300kW/cm、240kW/cm、195kW/cmの順に低下させる。これらのパワー密度の好適値は、予めシミュレーションにより算出しておくことができる。上述の各パワー密度は、温度依存物理量のしきい値を1600Kに相当する値とし、パワー密度低下後の表面温度の極小値が1560Kになるように設定したものである。 Each time the temperature-dependent physical quantity exceeds the threshold, the power density is decreased. For example, the power density is decreased in the order of 400 kW / cm 2 , 300 kW / cm 2 , 240 kW / cm 2 , and 195 kW / cm 2 . These suitable values of power density can be calculated in advance by simulation. Each power density described above is set such that the threshold value of the temperature-dependent physical quantity is a value corresponding to 1600K, and the minimum value of the surface temperature after the power density is reduced is 1560K.

時刻t2において、規定の照射時間が経過すると、レーザ照射を停止する(ステップSA7)。時刻t2以降は、表面温度が低下する。   When the prescribed irradiation time has elapsed at time t2, laser irradiation is stopped (step SA7). After time t2, the surface temperature decreases.

表面からの深さが1μmの位置の温度は、表面温度の変化によく追随する。表面から深くなるに従って、表面温度の変化に追随する傾向が薄れ、温度変化が緩やかになる。照射開始時点から、時刻t2までの期間は、いずれの深さにおいても、短時間の上下動はあるものの、温度は全体として上昇傾向を示す。   The temperature at a position having a depth of 1 μm from the surface follows the change in the surface temperature well. As it becomes deeper from the surface, the tendency to follow the change in the surface temperature decreases, and the temperature change becomes gentler. In the period from the irradiation start time to time t2, the temperature as a whole shows an upward trend although there is a short vertical movement at any depth.

黒体放射強度L(λ,T)は、   Blackbody radiation intensity L (λ, T) is

と表される。ここで、λは波長、Tは温度、c、cは定数である。定数cは、0.0144m・Kである。温度1600Kと1560Kとは、約2.5%の差しかないが、1600Kの黒体放射強度は、1560Kの黒体放射強度の1.29倍になる。このため、一旦1560Kまで低下した表面温度が、1600Kまで上昇したことを、十分な精度で検出することが可能である。 It is expressed. Here, λ is a wavelength, T is a temperature, and c 1 and c 2 are constants. Constant c 2 is a 0.0144m · K. The temperatures of 1600K and 1560K are only about 2.5%, but the black body radiation intensity at 1600K is 1.29 times the black body radiation intensity at 1560K. For this reason, it is possible to detect with sufficient accuracy that the surface temperature once lowered to 1560K has risen to 1600K.

実施例2においては、図6に示した実施例1の温度変化に比べて、表面温度や、極浅い領域の温度変化が緩やかである。表面温度の上下動が少ないため、より効率的にアニールを行うことができる。   In the second embodiment, compared with the temperature change in the first embodiment shown in FIG. 6, the surface temperature and the temperature change in the extremely shallow region are gentle. Since the surface temperature does not fluctuate up and down, annealing can be performed more efficiently.

[実施例3]
図10に実施例3によるレーザアニール方法のフローチャートを示す。実施例1及び実施例2では、照射対象物を静止させてレーザ照射を行ったが、実施例3では、照射対象物を移動させながらレーザ照射を行う。以下、実施例1によるレーザアニール方法との相違点に着目して説明する。
[Example 3]
FIG. 10 shows a flowchart of the laser annealing method according to the third embodiment. In Example 1 and Example 2, laser irradiation was performed with the irradiation object stationary, but in Example 3, laser irradiation was performed while moving the irradiation object. Hereinafter, description will be made focusing on differences from the laser annealing method according to the first embodiment.

まず、ステップSC0において、照射対象物60の行方向の移動を開始する。具体的には、走査機構36を制御して、ステージ35のX軸方向への移動を開始する。移動速度が目標速度に達したら、ステップSA1においてレーザ照射を開始する。   First, in step SC0, the movement of the irradiation object 60 in the row direction is started. Specifically, the scanning mechanism 36 is controlled to start the movement of the stage 35 in the X-axis direction. When the moving speed reaches the target speed, laser irradiation is started in step SA1.

ステップSC2において、1行分の走査が終了したか否かを判定する。1行分の走査が終了していない場合には、ステップSA3において、温度依存物理量の測定を行う。ステップSA3からSA6までの処理は、実施例1の場合と同様である。すなわち、レーザ照射の停止と再開とを繰り返しながら、1行分の走査が行われる。   In step SC2, it is determined whether or not scanning for one row is completed. If the scanning for one row is not completed, the temperature-dependent physical quantity is measured in step SA3. The processing from step SA3 to SA6 is the same as that in the first embodiment. That is, one line of scanning is performed while repeating the stop and restart of laser irradiation.

ステップSC2において、1行分の走査が終了したと判定された場合には、ステップSA7において、レーザ照射を停止する。その後、ステップSC8において、行方向の移動を停止する。ステップSC9において、全行の走査が終了したか否かを判定する。全行の走査が終了した場合には、レーザアニール処理を終了する。未走査の行がある場合には、ステップSC10において、1行分ステージを移動し(副走査を行い)、ステップSC0に戻って、未走査の行の主走査を開始する。   If it is determined in step SC2 that the scanning for one row has been completed, laser irradiation is stopped in step SA7. Thereafter, in step SC8, the movement in the row direction is stopped. In step SC9, it is determined whether or not scanning of all rows has been completed. When the scanning of all rows is completed, the laser annealing process is terminated. If there is an unscanned row, the stage is moved by one row (sub scanning is performed) in step SC10, and the process returns to step SC0 to start main scanning of the unscanned row.

図11Aに、アニール用レーザビームのビームスポットと、参照用レーザビームのビームスポットとの位置関係を示す。アニール用レーザビームのビームスポット61は、例えば、Y軸方向に長い長方形である。X軸方向の寸法(以下、「ビーム幅」という。)Wxは、例えば50μmである。アニール用レーザビームのビームスポット61がX軸の正の向きに移動する(ステージ35がアニール用レーザビームの経路に対してX軸の負の向きに移動する)場合、参照用レーザビームのビームスポット45は、アニール用レーザビームのビームスポット61の、進行方向(主走査方向)に関して後ろ側の縁(X軸の負の側の縁)に接する位置に配置される。ビームスポット45の形状は、例えば直径10μmの円形である。   FIG. 11A shows the positional relationship between the beam spot of the annealing laser beam and the beam spot of the reference laser beam. The beam spot 61 of the annealing laser beam is, for example, a rectangle that is long in the Y-axis direction. The dimension in the X-axis direction (hereinafter referred to as “beam width”) Wx is, for example, 50 μm. When the beam spot 61 of the annealing laser beam moves in the positive direction of the X axis (the stage 35 moves in the negative direction of the X axis with respect to the path of the annealing laser beam), the beam spot of the reference laser beam 45 is arranged at a position in contact with the rear edge (edge on the negative side of the X axis) of the beam spot 61 of the annealing laser beam with respect to the traveling direction (main scanning direction). The shape of the beam spot 45 is, for example, a circle having a diameter of 10 μm.

図11Bに示すように、アニール用レーザビームのビームスポット61の移動方向がX軸の負の向きである場合にも、参照用レーザビームのビームスポット45は、進行方向(主走査方向)に関して後ろ側の縁(X軸の正の側の縁)に接する位置に配置される。すなわち、ビームスポット61の移動方向が反転すると、ビームスポット61とビームスポット45との相対位置関係が変化する。   As shown in FIG. 11B, even when the moving direction of the beam spot 61 of the annealing laser beam is the negative direction of the X axis, the beam spot 45 of the reference laser beam is rearward with respect to the traveling direction (main scanning direction). It is arranged at a position in contact with the side edge (edge on the positive side of the X axis). That is, when the moving direction of the beam spot 61 is reversed, the relative positional relationship between the beam spot 61 and the beam spot 45 changes.

参照用レーザビームのビームスポット45を、アニール用レーザビームのビームスポット61の、走査方向後ろ側の縁に接する位置に配置することにより、ビームスポット61内の表面温度の最も高い位置の溶融状態を検出することができる。   By arranging the beam spot 45 of the reference laser beam at a position in contact with the rear edge of the beam spot 61 of the annealing laser beam in the scanning direction, the molten state at the highest surface temperature in the beam spot 61 is obtained. Can be detected.

図11Cに示すように、参照用レーザビームのビームスポット45を、アニール用レーザビームのビームスポット61の一方の縁から他方の縁まで、幅方向(主走査方向)に跨るように配置してもよい。ビームスポット45内の一部の領域で溶融が始まると、ビームスポット45内の平均の反射率が上昇するため、反射光の強度が強くなる。従って、走査方向の後ろ側の縁の近傍で溶融が始まったことを検出することができる。この場合には、走査方向が反転しても、参照用レーザビームのビームスポット45の位置を移動させる必要はない。   As shown in FIG. 11C, the beam spot 45 of the reference laser beam may be arranged so as to straddle in the width direction (main scanning direction) from one edge to the other edge of the beam spot 61 of the annealing laser beam. Good. When melting starts in a part of the area in the beam spot 45, the average reflectance in the beam spot 45 increases, so that the intensity of the reflected light increases. Accordingly, it is possible to detect that melting has started in the vicinity of the rear edge in the scanning direction. In this case, even if the scanning direction is reversed, it is not necessary to move the position of the beam spot 45 of the reference laser beam.

黒体放射光の強度を測定する場合にも、図11A及び図11Bに示した場合と同様に、アニール用レーザビームのビームスポット61の、走査方向後ろ側の縁に接する位置からの黒体放射光を検出する。   When measuring the intensity of the black body radiation, as in the case shown in FIGS. 11A and 11B, the black body radiation from the position in contact with the rear edge of the beam spot 61 of the annealing laser beam in the scanning direction. Detect light.

図12に、照射対象物60の表面のうち、アニール用レーザビームのビームスポットが通過する点(以下、着目点という。)の温度変化のシミュレーション結果を示す。横軸は経過時間を単位「μs」で表し、縦軸は温度を単位「K」で表す。照射対象物60の表面におけるパワー密度は400kW/cmとし、ビーム幅Wxを50μmとし、走査速度を650mm/sとした。アニール用レーザビームのビームスポットが着目点を通過する時間は、約77μsになる。照射対象物60はシリコンウエハとし、アニール用レーザビームの波長は800nmとした。 FIG. 12 shows the simulation result of the temperature change at the point where the beam spot of the annealing laser beam passes among the surface of the irradiation object 60 (hereinafter, referred to as the point of interest). The horizontal axis represents elapsed time in the unit “μs”, and the vertical axis represents temperature in the unit “K”. The power density on the surface of the irradiation object 60 was 400 kW / cm 2 , the beam width Wx was 50 μm, and the scanning speed was 650 mm / s. The time for the beam spot of the annealing laser beam to pass through the point of interest is about 77 μs. The irradiation object 60 was a silicon wafer, and the wavelength of the annealing laser beam was 800 nm.

時刻0において、ビームスポットの走査方向の前方の縁が着目点に到達する。アニール用レーザビームのビームスポット内の走査方向後ろ側の温度が、上限値に達すると、レーザ照射を停止する(ステップSA5)。一定の待機時間経過後、レーザ照射を再開する(ステップSA1)。レーザ照射中に着目点の温度が上昇し、レーザ照射停止中には、着目点の下降する。より長い時間範囲では、着目点の温度は上昇傾向を示す。照射開始から77μs経過した時点で、ビームスポットが着目点から外れる。その後は、着目点の表面温度が低下する。   At time 0, the front edge of the beam spot in the scanning direction reaches the point of interest. When the temperature on the rear side in the scanning direction in the beam spot of the annealing laser beam reaches the upper limit value, the laser irradiation is stopped (step SA5). After a certain waiting time has elapsed, laser irradiation is resumed (step SA1). The temperature of the point of interest increases during laser irradiation, and the point of interest decreases while laser irradiation is stopped. In a longer time range, the temperature of the point of interest shows an upward trend. When 77 μs has elapsed from the start of irradiation, the beam spot deviates from the point of interest. Thereafter, the surface temperature of the point of interest decreases.

図12に示した条件でアニールを行ったときの活性化の深さのシミュレーション結果は2μmであった。   The simulation result of the activation depth when annealing was performed under the conditions shown in FIG. 12 was 2 μm.

実施例3では、アニール用レーザビームのビームスポット内のうち、最も温度の高い部分の温度依存物理量が測定される。さらに、この温度依存物理量に基づいて、レーザ照射の停止及び再開が行われる。このため、照射対象物の表面の過度の温度上昇、及び表面の溶融を抑制することができる。   In Example 3, the temperature-dependent physical quantity of the highest temperature portion in the beam spot of the annealing laser beam is measured. Furthermore, laser irradiation is stopped and restarted based on this temperature-dependent physical quantity. For this reason, the excessive temperature rise of the surface of an irradiation target object and melting of the surface can be suppressed.

図13に、着目点の表面温度が1673Kになった時点でビームスポットの走査方向後ろ側の縁が着目点に一致する条件を算出した結果を示す。横軸はパワー密度を単位「kW/cm」で表し、縦軸は走査速度を単位「m/s」で表す。なお、ビーム幅Wxを50μmとした。 FIG. 13 shows the calculation result of the condition that the edge of the beam spot in the scanning direction on the rear side coincides with the target point when the surface temperature of the target point reaches 1673K. The horizontal axis represents the power density in the unit “kW / cm 2 ”, and the vertical axis represents the scanning speed in the unit “m / s”. The beam width Wx was 50 μm.

パワー密度が高くなると、表面温度の上昇速度が速くなる。表面温度が1673K以上にならないようにするためには、走査速度を速くしなければならない。例えば、パワー密度を400kW/cmにした場合、表面の溶融を防止するためには、走査速度を4m/s以上にしなければならない。走査速度が速くなると、ステージ35が一定速度に到達するまでの加速用のスペースと、ステージが停止するまでの減速用のスペースを確保しなければならない。このため、装置が大型化してしまう。 As the power density increases, the rate of increase in surface temperature increases. In order to prevent the surface temperature from exceeding 1673K, the scanning speed must be increased. For example, when the power density is 400 kW / cm 2 , the scanning speed must be 4 m / s or more in order to prevent melting of the surface. When the scanning speed increases, a space for acceleration until the stage 35 reaches a constant speed and a space for deceleration until the stage stops must be secured. For this reason, an apparatus will enlarge.

これに対し、実施例3による方法では、図12に示したように、パワー密度を400kW/cmとし、走査速度を650mm/sにしてアニールを行うことが可能である。このように、走査速度を遅くすることができるため、加速用及び減速用のスペースを小さくすることができる。これにより、装置の大型化を抑制することができる。 On the other hand, in the method according to the third embodiment, as shown in FIG. 12, annealing can be performed with a power density of 400 kW / cm 2 and a scanning speed of 650 mm / s. Thus, since the scanning speed can be reduced, the space for acceleration and deceleration can be reduced. Thereby, the enlargement of an apparatus can be suppressed.

実施例3では、図10のステップSA5でレーザ照射を停止したが、完全に照射を停止させる代わりに、パワー密度を低下させてもよい。この場合、ステップSA1においては、パワー密度を初期状態に戻せばよい。   In the third embodiment, laser irradiation is stopped in step SA5 in FIG. 10, but the power density may be reduced instead of completely stopping the irradiation. In this case, in step SA1, the power density may be returned to the initial state.

図14に、上記実施例1〜実施例3によるレーザアニール方法が適用されるIGBTの断面の模式図を示す。IGBTは、n型の半導体基板の一方の面にエミッタとゲートとを形成し、もう一方の面にコレクタを形成することで作製される。エミッタとゲートを形成する面の構造は、一般的なMOSFETの作製工程と同様の工程で作製される。たとえば、図14に示すように、p型のベース領域74、n型のエミッタ領域75、ゲート電極81、ゲート絶縁膜82、エミッタ電極80を配置することにより、ゲート−エミッタ間の電圧で、電流のオンオフ制御を行うことができるようになる。   FIG. 14 is a schematic diagram of a cross section of an IGBT to which the laser annealing method according to the first to third embodiments is applied. An IGBT is manufactured by forming an emitter and a gate on one surface of an n-type semiconductor substrate and forming a collector on the other surface. The structure of the surface on which the emitter and the gate are formed is manufactured in the same process as a general MOSFET manufacturing process. For example, as shown in FIG. 14, by arranging a p-type base region 74, an n-type emitter region 75, a gate electrode 81, a gate insulating film 82, and an emitter electrode 80, current at a voltage between the gate and the emitter can be obtained. ON / OFF control can be performed.

半導体基板71の反対側の面に、p型のコレクタ層73が形成されている。必要に応じて、コレクタ層73と半導体基板71との間に、n型のバッファ層72を形成してもよい。コレクタ層73及びバッファ層72は、それぞれ不純物としてボロン及びリンをイオン注入により注入し、活性化アニールを行うことにより形成される。この活性化アニールに、上記実施例1〜3による方法が適用される。コレクタ電極83が、活性化アニールの後に、コレクタ層73の表面に形成される。   A p-type collector layer 73 is formed on the opposite surface of the semiconductor substrate 71. If necessary, an n-type buffer layer 72 may be formed between the collector layer 73 and the semiconductor substrate 71. The collector layer 73 and the buffer layer 72 are formed by implanting boron and phosphorus as impurities, respectively, and performing activation annealing. For this activation annealing, the methods according to the above-described Examples 1 to 3 are applied. A collector electrode 83 is formed on the surface of the collector layer 73 after the activation annealing.

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。例えば、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。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 レーザ光源
20 遮断装置
20A パワー調節装置
21 制御装置
22 電気光学素子
22A 半波長板
23 ビームスプリッタ
24 ビームダンパ
25 ビーム整形光学系
26 均一化光学系
30 折り返しミラー
31 レンズ
35 ステージ
36 走査機構
40 参照光光源
41、42 折り返しミラー
43 参照光検出器
45 参照用レーザビームのビームスポット
50 集光レンズ
51 黒体放射検出器
60 照射対象物
61 アニール用レーザビームのビームスポット
70 シリコン基板
71 n型の領域
72 バッファ層
73 コレクタ層
74 ベース領域
75 エミッタ領域
80 エミッタ電極
81 ゲート電極
82 ゲート絶縁膜
83 コレクタ電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light source 20 Blocking device 20A Power adjustment device 21 Control device 22 Electro-optical element 22A Half-wave plate 23 Beam splitter 24 Beam damper 25 Beam shaping optical system 26 Uniformation optical system 30 Folding mirror 31 Lens 35 Stage 36 Scan mechanism 40 Reference light source 41, 42 Folding mirror 43 Reference light detector 45 Beam spot 50 of reference laser beam Condensing lens 51 Black body radiation detector 60 Irradiation target 61 Beam spot 70 of annealing laser beam Silicon substrate 71 n type region 72 Buffer layer 73 Collector layer 74 Base region 75 Emitter region 80 Emitter electrode 81 Gate electrode 82 Gate insulating film 83 Collector electrode

Claims (9)

照射対象物の表面へのレーザビームの入射を開始する工程と、
前記レーザビームが前記照射対象物に入射している期間に、前記レーザビームが入射している領域の表面温度に依存する物理量を測定する工程と、
測定された前記物理量に基づいて、前記レーザビームの照射を停止するか否かの判定を行う工程と、
前記レーザビームの照射を停止すると判定された場合には、前記レーザビームの照射を停止した後、ある待機時間経過後に、該レーザビームの照射を再開し、前記レーザビームの照射を停止させないと判定された場合には、前記レーザビームの照射を継続する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Starting the incidence of the laser beam on the surface of the irradiation object;
Measuring a physical quantity depending on a surface temperature of a region where the laser beam is incident during a period in which the laser beam is incident on the irradiation object;
Determining whether to stop the irradiation of the laser beam based on the measured physical quantity; and
If it is determined that the laser beam irradiation is to be stopped, it is determined that the laser beam irradiation is resumed after a certain waiting time has elapsed after the laser beam irradiation is stopped, and the laser beam irradiation is not stopped. If so, a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: continuing the laser beam irradiation.
前記判定する工程において、前記物理量が、温度許容範囲の上限値に相当するしきい値を超えたことを検出すると、前記レーザビームの照射を停止すると判定する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 1, wherein in the determining step, when it is detected that the physical quantity exceeds a threshold value corresponding to an upper limit value of an allowable temperature range, it is determined that the irradiation of the laser beam is stopped. Method. レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する位置に照射対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが前記ステージに保持された照射対象物まで到達する状態と、到達しないように該レーザビームを遮断する状態とを切り替える遮断装置と、
前記照射対象物のうち前記レーザビームが入射している位置の表面温度に依存する物理量を測定する測定装置と
を有し、
前記遮断装置は、
前記測定装置による前記物理量の測定結果に基づいて、前記レーザビームの照射を停止するか否かの判定を行い、
前記レーザビームの照射を停止すると判定した場合には、前記レーザビームを遮断した後、ある待機時間経過後に、該レーザビームの照射を再開し、前記レーザビームの照射を停止させないと判定した場合には、前記レーザビームの照射を継続するレーザアニール装置。
A laser light source for emitting a laser beam;
A stage for holding an irradiation object at a position where a laser beam emitted from the laser light source is incident;
A blocking device that switches between a state in which the laser beam emitted from the laser light source reaches the irradiation object held on the stage and a state in which the laser beam is blocked so as not to reach the object;
A measuring device that measures a physical quantity that depends on a surface temperature of the irradiation object at a position where the laser beam is incident;
The blocking device is
Based on the measurement result of the physical quantity by the measurement device, determine whether to stop the irradiation of the laser beam,
When it is determined that the laser beam irradiation is to be stopped, after the laser beam is interrupted, after a certain waiting time has elapsed, the laser beam irradiation is resumed and it is determined not to stop the laser beam irradiation. Is a laser annealing apparatus for continuing the irradiation of the laser beam.
さらに、前記ステージに保持された照射対象物の表面において、前記レーザビームの入射位置が移動するように、前記レーザビームの経路及び前記照射対象物の一方を他方に対して移動させる走査機構を有し、
前記測定装置は、前記走査機構によって、前記レーザビームの経路及び前記照射対象物の一方が他方に対して移動している期間に、前記物理量を測定し、
前記遮断装置は、前記走査機構によって、前記レーザビームの経路及び前記照射対象物の一方が他方に対して移動している期間に、前記レーザビームの照射を停止するか否かの判定を行なう請求項3に記載のレーザアニール装置。
Further, a scanning mechanism is provided that moves one of the laser beam path and the irradiation object relative to the other so that the incident position of the laser beam moves on the surface of the irradiation object held on the stage. And
The measuring device measures the physical quantity during a period in which one of the path of the laser beam and the irradiation object is moving with respect to the other by the scanning mechanism,
The cutoff device determines whether or not to stop the irradiation of the laser beam during a period in which one of the path of the laser beam and the irradiation object is moving with respect to the other by the scanning mechanism. Item 4. The laser annealing apparatus according to Item 3.
照射対象物の表面へのレーザビームの入射を開始する工程と、
前記レーザビームが前記照射対象物に入射している期間に、前記レーザビームが入射している領域の表面温度に依存する物理量を測定する工程と、
測定された前記物理量に基づいて、前記照射対象物の表面における前記レーザビームのパワー密度を低下させるか否かの判定を行う工程と、
前記レーザビームのパワー密度を低下させると判定された場合には、前記レーザビームのパワー密度を低下させ、前記レーザビームのパワー密度を低下させないと判定された場合には、該レーザビームの照射をそのまま継続する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Starting the incidence of the laser beam on the surface of the irradiation object;
Measuring a physical quantity depending on a surface temperature of a region where the laser beam is incident during a period in which the laser beam is incident on the irradiation object;
Determining whether to reduce the power density of the laser beam on the surface of the irradiation object based on the measured physical quantity; and
When it is determined that the power density of the laser beam is to be reduced, the power density of the laser beam is reduced. When it is determined that the power density of the laser beam is not reduced, the laser beam is irradiated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of continuing as it is.
前記判定する工程において、前記物理量が、温度許容範囲の上限値に相当するしきい値を超えたことを検出すると、前記レーザビームのパワー密度を低下させると判定する請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 5, wherein in the determination step, when it is detected that the physical quantity exceeds a threshold value corresponding to an upper limit value of a temperature allowable range, it is determined that the power density of the laser beam is reduced. Manufacturing method. レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する位置に照射対象物を保持するステージと、
前記ステージに保持された照射対象物の表面における前記レーザビームのパワー密度を変化させることができるように構成されたパワー調節装置と、
前記照射対象物のうち前記レーザビームが入射している位置の表面温度に依存する物理量を測定する測定装置と
を有し、
前記パワー調節装置は、
前記測定装置による前記物理量の測定結果に基づいて、前記パワー密度を低下させるか否かの判定を行い、
パワー密度を低下させると判定した場合には、前記照射対象物の表面における前記レーザビームのパワー密度を低下させ、パワー密度を低下させないと判定した場合には、前記レーザビームの照射をそのまま継続するレーザアニール装置。
A laser light source for emitting a laser beam;
A stage for holding an irradiation object at a position where a laser beam emitted from the laser light source is incident;
A power adjustment device configured to be able to change the power density of the laser beam on the surface of the irradiation object held on the stage;
A measuring device that measures a physical quantity that depends on a surface temperature of the irradiation object at a position where the laser beam is incident;
The power adjustment device is:
Based on the measurement result of the physical quantity by the measurement device, determine whether to reduce the power density,
When it is determined that the power density is to be reduced, the power density of the laser beam on the surface of the irradiation object is reduced, and when it is determined that the power density is not reduced, the irradiation of the laser beam is continued as it is. Laser annealing equipment.
レーザビームの経路に対して照射対象物の移動を開始する工程と、
前記レーザビームの照射を開始する工程と、
前記レーザビームが入射している領域の前記照射対象物の表面温度に依存する物理量を測定する工程と、
測定された前記物理量に基づいて、前記レーザビームの照射を停止するか否かを判定する工程と、
前記レーザビームの照射を停止すると判定された場合には、前記照射対象物への前記レーザビームを照射を停止させた後、ある待機時間経過後に、前記レーザビームの照射を再開させ、前記レーザビームの照射を停止させない判定された場合には、前記レーザビームの照射をそのまま継続する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Starting movement of the irradiation object relative to the path of the laser beam;
Starting the irradiation of the laser beam;
Measuring a physical quantity depending on a surface temperature of the irradiation object in a region where the laser beam is incident;
Determining whether to stop the irradiation of the laser beam based on the measured physical quantity; and
If it is determined that the irradiation of the laser beam is to be stopped, after the irradiation of the laser beam to the irradiation object is stopped, the irradiation of the laser beam is resumed after a certain waiting time has elapsed, and the laser beam And a step of continuing the laser beam irradiation as it is when it is determined not to stop the irradiation of the semiconductor device.
前記判定する工程において、前記物理量が、温度許容範囲の上限値に相当するしきい値を超えたことを検出すると、前記レーザビームの照射を停止させると判定する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein, in the determining step, when it is detected that the physical quantity exceeds a threshold value corresponding to an upper limit value of an allowable temperature range, it is determined that the laser beam irradiation is stopped. Production method.
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