JP2013041938A - Laser doping method and laser doping apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform efficient doping while suppressing scattering of impurities.SOLUTION: A laser doping method comprises: a first step of irradiating one surface of a silicon substrate with infrared laser light to be transmitted through the silicon substrate, in a state where impurities are in contact with the other surface of the silicon substrate; a second step of focusing the infrared laser light on an interface region between the silicon substrate and the impurities to heat the silicon substrate; and a third step of doping the silicon substrate with the impurities.

Description

本発明は、レーザ光の照射により不純物をシリコン基板内にドーピングするレーザードーピング方法に関し、特に、不純物の飛散を抑止すると共に効率のよいドーピングを実施しようとするレーザードーピング方法及びレーザードーピング装置に係るものである。   The present invention relates to a laser doping method for doping impurities into a silicon substrate by laser light irradiation, and more particularly to a laser doping method and a laser doping apparatus for suppressing the scattering of impurities and performing efficient doping. It is.

従来のこの種のレーザードーピング方法は、ドーパントを含む液体を、ドーピングを行う半導体の表面に塗布してから、該半導体の表面にレーザ光を照射することでドーパントを該半導体に添加するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。   In this conventional laser doping method, a dopant-containing liquid is applied to the surface of a semiconductor to be doped, and then the semiconductor surface is irradiated with laser light to add the dopant to the semiconductor. (For example, refer to Patent Document 1).

特開２００４−１５８５６４号公報JP 2004-158564 A

しかし、このような従来のレーザードーピング方法においては、半導体の表面に塗布されたドーパントである不純物の層側からレーザ光を照射するものであったので、大きなレーザエネルギーによって不純物が飛散してしまい、不純物のドーピングができなかったり、ドーピング効率が悪くなったりするという問題があった。   However, in such a conventional laser doping method, since the laser beam is irradiated from the impurity layer side which is a dopant applied to the surface of the semiconductor, impurities are scattered by a large laser energy, There is a problem that impurities cannot be doped or doping efficiency is deteriorated.

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、不純物の飛散を抑止すると共に効率のよいドーピングを実施しようとするレーザードーピング方法及びレーザードーピング装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a laser doping method and a laser doping apparatus that cope with such problems and suppress the scattering of impurities and perform efficient doping.

上記目的を達成するために、本発明によるレーザードーピング方法は、シリコン基板の一面に不純物を接触させた状態で、前記シリコン基板の他面側からシリコン基板を透過する赤外レーザ光を照射する第１段階と、前記赤外レーザ光を前記シリコン基板と前記不純物との界面領域に集光させて前記シリコン基板を加熱する第２段階と、前記不純物を前記シリコン基板内にドーピングする第３段階と、を行なうものである。   In order to achieve the above object, the laser doping method according to the present invention is configured to irradiate infrared laser light that passes through a silicon substrate from the other surface side of the silicon substrate in a state where impurities are in contact with the one surface of the silicon substrate. A second stage in which the infrared laser beam is focused on an interface region between the silicon substrate and the impurities to heat the silicon substrate; and a third stage in which the impurities are doped into the silicon substrate; .

このような構成により、シリコン基板の一面に不純物を接触させた状態で、シリコン基板の他面側からシリコン基板を透過する赤外レーザ光を照射し、赤外レーザ光をシリコン基板と不純物との界面領域に集光させてシリコン基板を加熱し、不純物をシリコン基板内にドーピングする。   With such a configuration, with one surface of the silicon substrate in contact with impurities, infrared laser light transmitted through the silicon substrate is irradiated from the other surface side of the silicon substrate, and the infrared laser light is irradiated between the silicon substrate and the impurities. The silicon substrate is heated by focusing on the interface region, and impurities are doped into the silicon substrate.

また、前記不純物を挟んで前記シリコン基板とは反対側に可視光を透過する透明基板を設けたものである。これにより、不純物を挟んでシリコン基板とは反対側に設けた可視光を透過する透明基板により、不純物の飛散をより抑止する。   In addition, a transparent substrate that transmits visible light is provided on the opposite side of the silicon substrate with the impurities interposed therebetween. Thereby, scattering of impurities is further suppressed by a transparent substrate that transmits visible light and is provided on the opposite side of the silicon substrate with the impurities interposed therebetween.

さらに、前記１段階は、シリコン基板に対する吸収率が最も高い波長帯の赤外レーザ光を照射した後、シリコン基板に対する透過率の最も高い波長帯の赤外レーザ光を照射するものである。これにより、シリコン基板の上記他面側から赤外レーザ光を照射する際に、シリコン基板に対する吸収率が最も高い波長帯の赤外レーザ光を照射し、その後、シリコン基板に対する透過率の最も高い波長帯の赤外レーザ光を照射する。   Further, in the first step, after irradiating the infrared laser beam having the highest absorption rate with respect to the silicon substrate, the infrared laser beam having the highest transmittance with respect to the silicon substrate is irradiated. Thereby, when irradiating infrared laser light from the said other surface side of a silicon substrate, the infrared laser light of the wavelength band with the highest absorption rate with respect to a silicon substrate is irradiated, and then the transmittance | permeability with respect to a silicon substrate is the highest. Irradiate with an infrared laser beam in the wavelength band.

さらにまた、前記３段階は、前記透明基板側から該透明基板を透過して前記不純物に可視光波長帯のレーザ光を照射するものである。これにより、シリコン基板の上記他面側から赤外レーザ光を照射した後、透明基板側から該透明基板を透過して不純物に可視光波長帯のレーザ光を照射する。   Furthermore, in the three stages, the impurities are irradiated with laser light in the visible light wavelength band through the transparent substrate from the transparent substrate side. Thereby, after irradiating infrared laser light from the said other surface side of a silicon substrate, the transparent substrate side is permeate | transmitted through this transparent substrate, and the laser beam of visible light wavelength band is irradiated to an impurity.

また、本発明によるレーザードーピング装置は、シリコン基板の一面に不純物を接触させた状態で、前記シリコン基板の他面側からシリコン基板を透過する赤外レーザ光を照射して、前記不純物を前記シリコン基板内にドーピングするレーザードーピング装置であって、可視光を透過する透明基板からなり、上面に前記不純物を介在させた状態で前記シリコン基板を保持するステージと、前記ステージに対向して設けられ、前記赤外レーザ光を前記シリコン基板と前記不純物との界面領域に集光させる集光手段と、前記赤外レーザ光を前記集光手段に照射するレーザ光学系と、を備えたものである。   The laser doping apparatus according to the present invention irradiates the silicon substrate with an infrared laser beam transmitted through the silicon substrate from the other surface side of the silicon substrate in a state where the impurity is in contact with one surface of the silicon substrate. A laser doping apparatus for doping in a substrate, comprising a transparent substrate that transmits visible light, a stage that holds the silicon substrate in a state where the impurity is interposed on an upper surface, and is provided opposite to the stage, And a condensing unit that condenses the infrared laser light on an interface region between the silicon substrate and the impurities, and a laser optical system that irradiates the condensing unit with the infrared laser light.

このような構成により、可視光を透過する透明基板からなるステージにより、その上面に不純物を介在させた状態でシリコン基板を保持し、レーザ光学系によりシリコン基板を透過する赤外レーザ光をステージに対向して設けられた集光手段に照射し、集光手段によりシリコン基板の不純物に接触した面とは反対側の他面側から赤外レーザ光を照射してシリコン基板と不純物との界面領域に集光させ、不純物をシリコン基板内にドーピングする。   With such a configuration, the stage made of a transparent substrate that transmits visible light holds the silicon substrate with impurities on its upper surface, and infrared laser light that passes through the silicon substrate by the laser optical system is used as the stage. The interface region between the silicon substrate and the impurity is irradiated by irradiating the condensing means provided oppositely and irradiating infrared laser light from the other side opposite to the surface of the silicon substrate that is in contact with the impurity. Then, impurities are doped into the silicon substrate.

さらに、前記ステージには、前記シリコン基板に予め設定されたドーピング位置に対応して前記赤外レーザ光の照射目標位置となる基準マークが形成されており、さらに、前記ステージの下方に設けられ、前記ステージを透過して前記基準マークを撮影する撮像手段と、前記撮像手段により撮影して検出された前記基準マークの位置情報に基づいて前記集光手段と前記ステージとを相対的に平行移動し、前記集光手段と前記シリコン基板との位置合わせをするアライメント機構と、を備えたものである。これにより、撮像手段によりステージを透過して、シリコン基板に予め設定されたドーピング位置に対応してステージに設けられた赤外レーザ光の照射目標位置となる基準マークを撮影し、検出された基準マークの位置情報に基づいてアライメント機構により集光手段とステージとを相対的に平行移動して集光手段とシリコン基板との位置合わせをする。   Furthermore, a reference mark serving as an irradiation target position of the infrared laser beam corresponding to a preset doping position on the silicon substrate is formed on the stage, and is further provided below the stage. An imaging unit that photographs the reference mark through the stage, and the light converging unit and the stage are relatively translated based on positional information of the reference mark that is captured and detected by the imaging unit. And an alignment mechanism for aligning the light collecting means and the silicon substrate. As a result, the reference mark that is transmitted through the stage by the imaging means, images the target position of the irradiation target of the infrared laser beam provided on the stage corresponding to the doping position set in advance on the silicon substrate, and is detected. Based on the mark position information, the light condensing means and the stage are relatively translated by the alignment mechanism to align the light condensing means and the silicon substrate.

請求項１に係るレーザードーピング方法の発明によれば、シリコン基板を透過させてシリコン基板と不純物との境界領域に赤外レーザ光を集光するようにしているので、不純物の飛散を抑止することができる。また、先にシリコン基板側を加熱し、その後不純物を加熱することができるので、効率のよいドーピングを行なうことができる。   According to the laser doping method of the present invention, since the infrared laser beam is focused on the boundary region between the silicon substrate and the impurity through the silicon substrate, the scattering of the impurity is suppressed. Can do. Moreover, since the silicon substrate side can be heated first and then the impurities can be heated, efficient doping can be performed.

また、請求項２に係る発明によれば、不純物の飛散をより抑止することができる。したがって、不純物のドーピングをより効率よく行なうことができる。   Moreover, according to the invention which concerns on Claim 2, scattering of an impurity can be suppressed more. Therefore, doping of impurities can be performed more efficiently.

さらに、請求項３に係る発明によれば、シリコン基板をより効率よく加熱して不純物のドーピングを行なうことができる。   Further, according to the invention of claim 3, impurities can be doped by heating the silicon substrate more efficiently.

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、可視光レーザ光の波長を適宜選択してドーピング深さを制御することができる。   Furthermore, according to the invention of claim 4, the doping depth can be controlled by appropriately selecting the wavelength of the visible laser beam.

そして、請求項５に係る発明によれば、透明基板に設けた基準マークを検出してシリコン基板に対する赤外レーザ光の照射位置を調整することができ、シリコン基板に予め設定されたドーピング領域に対するドーピングの位置精度を向上することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the reference mark provided on the transparent substrate can be detected to adjust the irradiation position of the infrared laser beam on the silicon substrate, and the doping region preset on the silicon substrate can be adjusted. The positional accuracy of doping can be improved.

また、請求項６に係るレーザードーピング装置の発明によれば、シリコン基板を透過させてシリコン基板と不純物との境界領域に赤外レーザ光を集光するようにしているので、不純物の飛散を抑止することができる。また、先にシリコン基板側を加熱し、その後不純物を加熱することができるので、効率のよいドーピングを行なうことができる。   Further, according to the invention of the laser doping apparatus according to claim 6, since the infrared laser beam is focused on the boundary region between the silicon substrate and the impurity through the silicon substrate, the scattering of the impurity is suppressed. can do. Moreover, since the silicon substrate side can be heated first and then the impurities can be heated, efficient doping can be performed.

さらに、請求項７に係る発明によれば、ステージに設けた基準マークを検出してシリコン基板に対する赤外レーザ光の照射位置を調整することができ、シリコン基板に予め設定されたドーピング領域に対するドーピングの位置精度を向上することができる。   Further, according to the invention of claim 7, the reference mark provided on the stage can be detected to adjust the irradiation position of the infrared laser beam on the silicon substrate, and the doping to the doping region set in advance on the silicon substrate can be performed. The positional accuracy can be improved.

本発明によるレーザードーピング装置の第１の実施形態を示す正面図である。1 is a front view showing a first embodiment of a laser doping apparatus according to the present invention. 可視光を透過するステージを示す平面図である。It is a top view which shows the stage which permeate | transmits visible light. 上記第１の実施形態によるレーザードーピング方法を説明するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a laser doping method according to the first embodiment. 本発明によるレーザードーピング装置の第２の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows 2nd Embodiment of the laser doping apparatus by this invention. 上記第２の実施形態において使用するマイクロレンズアレイを示す底面図である。It is a bottom view which shows the micro lens array used in the said 2nd Embodiment. 上記第２の実施形態によるレーザードーピング方法を説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a laser doping method according to the second embodiment.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザードーピング装置の第１の実施形態を示す正面図である。このレーザードーピング装置は、シリコン基板の一面に不純物を接触させた状態で、シリコン基板の他面側からシリコン基板を透過する赤外レーザ光を照射して、不純物をシリコン基板内にドーピングするもので、ステージ１と、レーザ光学系２と、集光手段３と、撮像手段４と、アライメント機構５とからなる。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of a laser doping apparatus according to the present invention. In this laser doping apparatus, an impurity is doped into a silicon substrate by irradiating an infrared laser beam transmitted through the silicon substrate from the other surface side of the silicon substrate in a state where the impurity is in contact with one surface of the silicon substrate. , Stage 1, laser optical system 2, focusing means 3, imaging means 4, and alignment mechanism 5.

上記ステージ１は、上面に不純物６を介在させた状態でシリコン基板７を保持するものであり、可視光を透過する透明な、例えばガラス基板からなっている。また、上記ステージ１は、図２に示すように、その上面にシリコン基板７に予め設定されたドーピング位置に対応して赤外レーザ光Ｌの照射目標位置となる複数の基準マーク８が形成されており、後述のアライメント機構５に対して着脱可能となっている。   The stage 1 holds the silicon substrate 7 with the impurity 6 interposed on the upper surface, and is made of a transparent, for example, glass substrate that transmits visible light. Further, as shown in FIG. 2, the stage 1 has a plurality of reference marks 8 which are irradiation target positions of the infrared laser light L corresponding to the doping positions set in advance on the silicon substrate 7 on the upper surface thereof. It can be attached to and detached from the alignment mechanism 5 described later.

上記ステージ１の上方には、レーザ光学系２が設けられている。このレーザ光学系２は、赤外レーザ光Ｌを後述の集光手段３に照射させるもので、シリコン基板７に対する透過率の高い、例えば波長が約１．５μｍ〜約６μｍの赤外レーザ光を放射するＣｒＴｍＨｏ−ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザのレーザ光源９と、該レーザ光源９から放射された赤外レーザ光Ｌを集光手段３まで導く、レーザビームエキスパンダを含む導光部材１０とを備えて構成されている。 A laser optical system 2 is provided above the stage 1. This laser optical system 2 irradiates the condensing means 3 described later with infrared laser light L, and has high transmittance with respect to the silicon substrate 7, for example, infrared laser light with a wavelength of about 1.5 μm to about 6 μm. A laser light source 9 of a radiating CrTmHo-YAG laser or CO 2 laser, and a light guide member 10 including a laser beam expander that guides the infrared laser light L emitted from the laser light source 9 to the condensing means 3. Configured.

上記ステージ１とレーザ光学系２との間には、ステージ１の上面に対向して集光手段３が設けられている。この集光手段３は、赤外レーザ光Ｌをシリコン基板７と不純物６との界面領域に集光させるものであり、集光レンズである。   A condensing unit 3 is provided between the stage 1 and the laser optical system 2 so as to face the upper surface of the stage 1. The condensing means 3 condenses the infrared laser light L on the interface region between the silicon substrate 7 and the impurity 6 and is a condensing lens.

上記ステージ１の下方には、撮像手段４が設けられている。この撮像手段４は、ステージ１を透過して赤外レーザ光Ｌの照射目標位置となる上記基準マーク８を撮影するもので、２次元カメラであり、集光手段３の光軸に撮像中心を合致させて設けられている。   An imaging unit 4 is provided below the stage 1. The image pickup means 4 is a two-dimensional camera that picks up the reference mark 8 that is the irradiation target position of the infrared laser light L through the stage 1, and has an image pickup center on the optical axis of the light collection means 3. It is provided to match.

上記ステージ１をＸＹ平面内を２次元方向に駆動可能にアライメント機構５が設けられている。このアライメント機構５は、撮像手段４により撮影して検出されたステージ１の基準マーク８の位置情報に基づいてステージ１をＸＹ方向に移動させて、シリコン基板７のドーピング領域を集光手段３の光軸に合致させるように位置合わせをするものである。   An alignment mechanism 5 is provided so that the stage 1 can be driven in a two-dimensional direction in the XY plane. The alignment mechanism 5 moves the stage 1 in the X and Y directions based on the position information of the reference mark 8 of the stage 1 detected by photographing by the imaging unit 4, so that the doping region of the silicon substrate 7 is adjusted by the light collecting unit 3. Positioning is performed so as to match the optical axis.

次に、このように構成されたレーザードーピング装置を使用して行うレーザードーピング方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップＳ１においては、可視光に対して透明なステージ１上に不純物６を介在させた状態でシリコン基板７を位置決めして保持する。 Next, a laser doping method performed using the thus configured laser doping apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S1, the silicon substrate 7 is positioned and held with the impurity 6 interposed on the stage 1 transparent to visible light.

ステップＳ２においては、集光手段３による赤外レーザ光Ｌの照射位置にシリコン基板７のドーピング領域を位置付ける。この場合、先ず、アライメント機構５を駆動してステージ１をＸＹ面内を平行移動し、ステージ１に予め設けられた例えば図２における左上端の基準マーク８ａをステージ１の下方に設けられた撮像手段４の視野内に位置付ける。続いて、撮像手段４により、上記基準マーク８ａを撮影してその中心位置を検出し、該中心位置と、例えば撮像手段４の撮像中心との間の位置ずれ量を補正するようにアライメント機構５により、ステージ１をＸＹ方向に微動する。これにより、集光手段３とシリコン基板７との位置合わせが完了する。   In step S <b> 2, the doping region of the silicon substrate 7 is positioned at the irradiation position of the infrared laser light L by the condensing unit 3. In this case, first, the alignment mechanism 5 is driven to translate the stage 1 in the XY plane, and for example, the imaging mark provided on the stage 1 in advance with the reference mark 8a at the upper left end in FIG. Position in the field of view of the means 4. Subsequently, the imaging unit 4 captures the reference mark 8a to detect the center position thereof, and the alignment mechanism 5 so as to correct the positional deviation amount between the center position and the imaging center of the imaging unit 4, for example. As a result, the stage 1 is finely moved in the XY directions. Thereby, the alignment of the light collecting means 3 and the silicon substrate 7 is completed.

ステップＳ３においては、レーザ光源９をパルス発振し、集光手段３を介して赤外レーザ光Ｌをシリコン基板７の不純物６とは反対側の面７ａに照射する。この場合、赤外レーザ光Ｌの強度は、シリコン基板７が溶解されない程度に設定される。   In step S <b> 3, the laser light source 9 is pulse-oscillated, and the infrared laser light L is irradiated to the surface 7 a opposite to the impurity 6 of the silicon substrate 7 through the light condensing unit 3. In this case, the intensity of the infrared laser beam L is set to such an extent that the silicon substrate 7 is not dissolved.

ステップＳ４においては、赤外レーザ光Ｌを面７ａ側からシリコン基板７を透過させてシリコン基板７と不純物６との界面領域に集光する。これにより、先ず、シリコン基板７が上記赤外レーザ光Ｌの一部を吸収して発熱する。   In step S4, the infrared laser light L is transmitted from the surface 7a side through the silicon substrate 7 and focused on the interface region between the silicon substrate 7 and the impurities 6. Thereby, first, the silicon substrate 7 absorbs a part of the infrared laser light L and generates heat.

ステップＳ５においては、シリコン基板７の熱によって不純物６が加熱され、不純物６がシリコン基板７内にドーピングする。   In step S <b> 5, the impurity 6 is heated by the heat of the silicon substrate 7, and the impurity 6 is doped into the silicon substrate 7.

ステップＳ６においては、シリコン基板７に予め設定された複数のドーピング領域に対する不純物６のドーピングを全て終了したか否かを判定する。ここで、まだ終了しておらず、“ＮＯ”判定となるとステップＳ２に戻って、次のドーピング領域が集光手段３に対して位置付けられる。この動作は、上述と同様にして、アライメント機構５を駆動してステージ１をＸＹ面内を平行移動し、ステージ１に設けられた例えば図２における左上端の基準マーク８ａの右隣の基準マーク８ｂをステージ１の下方に設けられた撮像手段４の視野内に位置付ける。続いて、撮像手段４により、上記基準マーク８ｂを撮影してその中心位置を検出し、該中心位置と、例えば撮像手段４の撮像中心との間の位置ずれ量を補正するようにアライメント機構５により、ステージ１をＸＹ方向に微動する。   In step S <b> 6, it is determined whether or not all of the doping of the impurity 6 in the plurality of doping regions set in advance on the silicon substrate 7 has been completed. If the determination is “NO”, the process returns to step S2 and the next doping region is positioned with respect to the light collecting means 3. In the same manner as described above, the alignment mechanism 5 is driven to translate the stage 1 in the XY plane, and the reference mark next to the right of the reference mark 8a at the upper left end of FIG. 8b is positioned within the field of view of the imaging means 4 provided below the stage 1. Subsequently, the imaging unit 4 captures the reference mark 8b to detect the center position thereof, and the alignment mechanism 5 so as to correct the positional deviation amount between the center position and the imaging center of the imaging unit 4, for example. As a result, the stage 1 is finely moved in the XY directions.

以降、ステップＳ６において、全てのドーピング領域に対するドーピングが終了して、“ＹＥＳ”判定となるまで、ステップＳ２〜Ｓ６が繰り返し実行される。   Thereafter, in Step S6, Steps S2 to S6 are repeatedly executed until the doping for all the doping regions is completed and “YES” is determined.

なお、上記第１の実施形態においては、集光手段３が１つの集光レンズである場合について説明したが、本発明はこれに限られず、集光手段３は、シリコン基板７に予め設定された複数のドーピング領域に対応して複数のマイクロレンズを設けたマイクロレンズアレイであってもよい。この場合、上記複数のマイクロレンズのうち、一定距離はなれたいずれか２つのマイクロレンズの光軸に撮像中心を合致させて２つの撮像手段４を設け、ステージ１には、上記２つのマイクロレンズに対応して２つの基準マーク８を形成するとよい。これにより、２つの撮像手段４によりステージ１の基準マーク８を撮影して該２つの基準マーク８を夫々２つの撮像手段４の視野中心に位置付けた後、赤外レーザ光Ｌを照射すれば、シリコン基板７に予め設定された複数のドーピング領域に対して１回のドーピング動作により、不純物６をドーピングすることができる。   In the first embodiment, the case where the condensing unit 3 is a single condensing lens has been described. However, the present invention is not limited to this, and the condensing unit 3 is set in advance on the silicon substrate 7. Alternatively, a microlens array provided with a plurality of microlenses corresponding to a plurality of doping regions may be used. In this case, of the plurality of microlenses, two image pickup means 4 are provided by matching the image pickup centers with the optical axes of any two of the microlenses separated by a certain distance, and the stage 1 includes the two microlenses. Correspondingly, two reference marks 8 may be formed. As a result, after imaging the reference mark 8 of the stage 1 by the two imaging means 4 and positioning the two reference marks 8 at the center of the field of view of the two imaging means 4, respectively, the infrared laser light L is irradiated. The impurity 6 can be doped by a single doping operation on a plurality of preset doping regions on the silicon substrate 7.

また、上記第１の実施形態においては、ステージ１側を移動して集光手段３とシリコン基板７との位置合わせをする場合について説明したが、集光手段３側を移動してもよい。   In the first embodiment, the case where the light collecting unit 3 and the silicon substrate 7 are aligned by moving the stage 1 side has been described. However, the light collecting unit 3 side may be moved.

図４は、本発明によるドーピング装置の第２の実施形態を示す正面図である。このドーピング装置は、シリコン基板７の一面に不純物６を接触させた状態で、シリコン基板７を一定方向に一定速度で移動しながら、シリコン基板７の他面側からシリコン基板７を透過する赤外レーザ光Ｌを照射して、不純物６をシリコン基板７内にドーピングするものであり、搬送手段１１と、レーザ光学系２と、集光手段３と、撮像手段４と、アライメント機構５とからなる。   FIG. 4 is a front view showing a second embodiment of the doping apparatus according to the present invention. In this doping apparatus, an infrared ray that is transmitted through the silicon substrate 7 from the other surface side of the silicon substrate 7 while moving the silicon substrate 7 in a certain direction at a constant speed with the impurity 6 in contact with the one surface of the silicon substrate 7. The silicon substrate 7 is doped with the laser beam L by irradiation with laser light L, and includes a transport unit 11, a laser optical system 2, a condensing unit 3, an imaging unit 4, and an alignment mechanism 5. .

上記搬送手段１１は、可視光を透過する透明な、例えばガラス基板からなるステージ１の上面に不純物６を介在させた状態でシリコン基板７を保持するもので、図示省略の移動機構により図４に示す矢印Ａ方向に一定速度でステージ１を移動するようになっている。また、ステージ１の一面には、図２に示すように、シリコン基板７に予め設定された複数のドーピング領域に対応して赤外レーザ光Ｌの照射目標となる複数の基準マーク８が形成されている。なお、ステージ１は、移動機構に対して着脱可能となっている。   The transfer means 11 holds the silicon substrate 7 in a state where impurities 6 are interposed on the upper surface of a transparent stage 1 made of, for example, a glass substrate that transmits visible light. The stage 1 is moved at a constant speed in the direction of arrow A shown. Further, as shown in FIG. 2, a plurality of reference marks 8 serving as irradiation targets of the infrared laser light L are formed on one surface of the stage 1 so as to correspond to a plurality of doping regions set in advance on the silicon substrate 7. ing. The stage 1 can be attached to and detached from the moving mechanism.

上記搬送手段１１の上方には、前述と同様のレーザ光学系２が設けられており、シリコン基板７に対する透過率の高い、例えば波長が約１．５μｍ〜約６μｍの赤外レーザ光Ｌを放射するＣｒＴｍＨｏ−ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザのレーザ光源９と、該レーザ光源９から放射された赤外レーザ光Ｌを後述のマイクロレンズアレイ１２まで導く、レーザビームエキスパンダを含む導光部材１０とを備えて構成されている。 Above the transport means 11, the same laser optical system 2 as described above is provided, and radiates infrared laser light L having a high transmittance with respect to the silicon substrate 7, for example, having a wavelength of about 1.5 μm to about 6 μm. A laser light source 9 of a CrTmHo-YAG laser or a CO 2 laser, and a light guide member 10 including a laser beam expander that guides an infrared laser light L emitted from the laser light source 9 to a microlens array 12 described later. It is prepared for.

上記搬送手段１１とレーザ光学系２との間には、ステージ１の上面に対向して集光手段としてのマイクロレンズアレイ１２が設けられている。このマイクロレンズアレイ１２は、赤外レーザ光Ｌをシリコン基板７と不純物６との界面領域に集光させるものであり、図５に示すように、矢印Ａで示すシリコン基板７の搬送方向（以下「基板搬送方向」という）と交差する方向に、シリコン基板７に予め設定された同方向の複数のドーピング領域に対応して複数のマイクロレンズ１３を少なくとも１列に設けたものである。   A microlens array 12 as a condensing unit is provided between the conveying unit 11 and the laser optical system 2 so as to face the upper surface of the stage 1. This microlens array 12 focuses infrared laser light L on the interface region between the silicon substrate 7 and the impurity 6 and, as shown in FIG. A plurality of microlenses 13 are provided in at least one row corresponding to a plurality of doping regions set in advance in the same direction on the silicon substrate 7 in a direction crossing the “substrate transport direction”.

上記搬送手段１１のステージ１の下方には、上記マイクロレンズアレイ１２による赤外レーザ光Ｌの照射位置に対して、基板搬送方向手前側に一定距離はなれた位置を撮影可能に撮像手段４が設けられている。この撮像手段４は、ステージ１に形成された上記基準マーク８を撮影するもので、ステージ１の上面に平行な面内にて基板搬送方向と交差する方向に複数の受光エレメントを一直線に並べて受光面としたラインカメラであり、受光面の基板搬送方向に平行な中心線がマイクロレンズアレイ１２のいずれかの１つのマイクロレンズ１３の中心と合致するように配設されている。   An imaging unit 4 is provided below the stage 1 of the transport unit 11 so as to be able to photograph a position separated from the irradiation position of the infrared laser light L by the microlens array 12 on the front side in the substrate transport direction. It has been. The image pickup means 4 is used to take an image of the reference mark 8 formed on the stage 1 and receives light by arranging a plurality of light receiving elements in a straight line in a direction intersecting the substrate transport direction within a plane parallel to the upper surface of the stage 1. It is a line camera having a surface, and is arranged so that a center line parallel to the substrate transport direction of the light receiving surface coincides with the center of one of the microlenses 13 of the microlens array 12.

上記マイクロレンズアレイ１２を駆動可能にアライメント機構５が設けられている。このアライメント機構５は、撮像手段４により撮影して検出されたステージ１の基準マーク８の位置情報に基づいてマイクロレンズアレイ１２を基板搬送方向と交差する方向に移動させて、マイクロレンズアレイ１２の複数のマイクロレンズ１３とシリコン基板７の複数のドーピング領域との位置合わせをするものである。   An alignment mechanism 5 is provided so that the microlens array 12 can be driven. The alignment mechanism 5 moves the microlens array 12 in a direction intersecting the substrate transport direction based on the positional information of the reference mark 8 of the stage 1 detected by photographing by the imaging means 4, and The plurality of microlenses 13 and the plurality of doping regions of the silicon substrate 7 are aligned.

次に、このように構成されたレーザードーピング装置を使用して行うレーザードーピング方法について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップＳ１１においては、可視光に対して透明なステージ１上に不純物６を介在させた状態でシリコン基板７を位置決めして載置する。 Next, a laser doping method performed using the thus configured laser doping apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in step S11, the silicon substrate 7 is positioned and placed on the stage 1 transparent to visible light with the impurities 6 interposed.

ステップＳ１２においては、ステージ１を図４に示す矢印Ａ方向に一定速度で移動を開始する。   In step S12, the stage 1 starts moving at a constant speed in the direction of arrow A shown in FIG.

ステップＳ１３においては、レーザ光照射位置に対して基板搬送方向手前側の位置で撮像手段４によりステージ１の下側からステージ１に予め設けられた例えば図２に示す基準マーク８のうち、基板搬送方向先頭側の複数の基準マーク８を撮影し、これを処理して複数の基準マーク８の基板搬送方向と交差する方向の位置を検出する。そして、該複数の基準マーク８の位置にて、予め選択された基準マーク８の位置と撮像手段４の撮影中心との間の水平距離を算出した後、アライメント機構５を駆動して上記水平距離が予め設定して保存された目標値と合致するように、マイクロレンズアレイ１２を基板搬送方向と交差する方向に移動し、マイクロレンズアレイ１２とシリコン基板７との位置合わせをする。   In step S13, among the reference marks 8 shown in FIG. 2, for example, which are provided in advance on the stage 1 from the lower side of the stage 1 by the imaging means 4 at a position on the near side of the substrate conveyance direction with respect to the laser beam irradiation position, the substrate conveyance is performed. A plurality of reference marks 8 on the head side in the direction are photographed and processed to detect the positions of the plurality of reference marks 8 in the direction intersecting the substrate transport direction. Then, after calculating the horizontal distance between the position of the reference mark 8 selected in advance and the photographing center of the image pickup means 4 at the positions of the plurality of reference marks 8, the alignment mechanism 5 is driven and the horizontal distance is calculated. The microlens array 12 is moved in a direction intersecting the substrate transport direction so as to match the preset and stored target value, and the microlens array 12 and the silicon substrate 7 are aligned.

ステップＳ１４においては、上記基板搬送方向先頭側の複数の基準マーク８を検出してからシリコン基板７が移動する距離を監視し、シリコン基板７が所定距離移動して上記基板搬送方向先頭側の複数の基準マーク８がマイクロレンズアレイ１２の各マイクロレンズ１３の真下に到達すると、レーザ光源９がパルス発振し、赤外レーザ光Ｌが放射される。   In step S14, the distance to which the silicon substrate 7 moves is monitored after detecting the plurality of reference marks 8 on the top side in the substrate transport direction, and the silicon substrate 7 is moved a predetermined distance to determine the plurality on the top side in the substrate transport direction. When the reference mark 8 reaches just below each microlens 13 of the microlens array 12, the laser light source 9 pulsates and the infrared laser beam L is emitted.

ステップＳ１５においては、レーザ光源９から放射された赤外レーザ光Ｌは、マイクロレンズアレイ１２を介してシリコン基板７の不純物６とは反対側の面７ａに照射し、シリコン基板７を透過してシリコン基板７と不純物６との界面領域に集光する。これにより、先ず、シリコン基板７が上記赤外レーザ光Ｌの一部を吸収して発熱する。   In step S <b> 15, the infrared laser light L emitted from the laser light source 9 irradiates the surface 7 a opposite to the impurity 6 of the silicon substrate 7 through the microlens array 12 and passes through the silicon substrate 7. The light is condensed on the interface region between the silicon substrate 7 and the impurity 6. Thereby, first, the silicon substrate 7 absorbs a part of the infrared laser light L and generates heat.

ステップＳ１６においては、シリコン基板７の熱によって不純物６が加熱され、不純物６がシリコン基板７内にドーピングする。   In step S <b> 16, the impurity 6 is heated by the heat of the silicon substrate 7, and the impurity 6 is doped into the silicon substrate 7.

ステップＳ１７においては、シリコン基板７に予め設定された複数のドーピング領域に対する不純物６のドーピングが全て終了したか否かを判定する。ここで、まだ終了しておらず、“ＮＯ”判定となるとステップＳ１４に戻り、ステップＳ１７において“ＹＥＳ”判定となるまで、ステップＳ１４〜Ｓ１７が繰り返し実行される。これにより、シリコン基板７が上記基準マーク８の基板搬送方向における配列ピッチと同距離だけ移動する毎にレーザ光源９がパルス発振し、後続のドーピング領域に対するドーピングが実行される。   In step S <b> 17, it is determined whether or not the doping of the impurity 6 with respect to the plurality of doping regions set in advance on the silicon substrate 7 has been completed. If the determination is “NO”, the process returns to step S14, and steps S14 to S17 are repeatedly executed until the determination is “YES” in step S17. As a result, each time the silicon substrate 7 moves by the same distance as the arrangement pitch of the reference marks 8 in the substrate transport direction, the laser light source 9 oscillates and the subsequent doping region is doped.

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、シリコン基板７を透過する赤外レーザ光Ｌを使用してドーピングする場合について説明したが、本発明はこれに限られず、シリコン基板７に対する吸収率が最も高い波長帯、例えば１．２μｍ近傍の赤外レーザ光Ｌを照射した後、シリコン基板７に対する透過率の最も高い波長帯、例えば約１．５μｍ〜約６μｍの赤外レーザ光Ｌを集光手段３を介して照射してもよい。または、シリコン基板７の不純物６に接触した面とは反対側の面にシリコン基板７を透過する赤外レーザ光Ｌを照射すると共に、ステージ１の下側からステージ１を透過して不純物６に可視光波長帯、例えば３０８ｎｍ又は８００ｎｍのレーザ光を別の集光手段を介して照射してもよい。   In the first and second embodiments, the case where doping is performed using the infrared laser light L that passes through the silicon substrate 7 has been described. However, the present invention is not limited to this, and absorption to the silicon substrate 7 is performed. After irradiating the infrared laser light L having the highest rate, for example, near 1.2 μm, the infrared laser light L having the highest transmittance with respect to the silicon substrate 7, for example, about 1.5 μm to about 6 μm is applied. You may irradiate through the condensing means 3. FIG. Alternatively, the surface of the silicon substrate 7 opposite to the surface in contact with the impurity 6 is irradiated with infrared laser light L that passes through the silicon substrate 7, and the impurity 1 is transmitted through the stage 1 from below the stage 1. You may irradiate a visible light wavelength band, for example, a laser beam of 308 nm or 800 nm through another condensing means.

１…ステージ（透明基板）
２…レーザ光学系
３…集光手段
４…撮像手段
５…アライメント機構
６…不純物
７…シリコン基板
８，８ａ，８ｂ…基準マーク
１２…マイクロレンズアレイ（集光手段）
Ｌ…赤外レーザ光 1 ... Stage (transparent substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Laser optical system 3 ... Condensing means 4 ... Imaging means 5 ... Alignment mechanism 6 ... Impurity 7 ... Silicon substrate 8, 8a, 8b ... Reference mark 12 ... Micro lens array (condensing means)
L: Infrared laser beam

Claims (7)

シリコン基板の一面に不純物を接触させた状態で、前記シリコン基板の他面側からシリコン基板を透過する赤外レーザ光を照射する第１段階と、
前記赤外レーザ光を前記シリコン基板と前記不純物との界面領域に集光させて前記シリコン基板を加熱する第２段階と、
前記不純物を前記シリコン基板内にドーピングする第３段階と、
を行なうことを特徴とするレーザードーピング方法。 A first stage of irradiating an infrared laser beam that is transmitted through the silicon substrate from the other surface side of the silicon substrate in a state where impurities are in contact with the one surface of the silicon substrate;
A second step of heating the silicon substrate by condensing the infrared laser light on an interface region between the silicon substrate and the impurities;
A third step of doping the impurities into the silicon substrate;
The laser doping method characterized by performing. 前記不純物を挟んで前記シリコン基板とは反対側に可視光を透過する透明基板を設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザードーピング方法。   2. The laser doping method according to claim 1, wherein a transparent substrate that transmits visible light is provided on a side opposite to the silicon substrate with the impurities interposed therebetween. 前記１段階は、シリコン基板に対する吸収率が最も高い波長帯の赤外レーザ光を照射した後、シリコン基板に対する透過率の最も高い波長帯の赤外レーザ光を照射することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザードーピング方法。   The step (1) is characterized by irradiating an infrared laser beam in a wavelength band having the highest transmittance with respect to the silicon substrate after irradiating an infrared laser beam in a wavelength band having the highest absorption rate with respect to the silicon substrate. 3. The laser doping method according to 1 or 2. 前記３段階は、前記透明基板側から該透明基板を透過して前記不純物に可視光波長帯のレーザ光を照射することを特徴とする請求項２記載のレーザードーピング方法。   3. The laser doping method according to claim 2, wherein in the three steps, the impurity is irradiated with laser light in a visible light wavelength band through the transparent substrate from the transparent substrate side. 前記透明基板には、前記赤外レーザ光の照射目標位置となる基準マークが形成されており、
前記基準マークを前記透明基板側から検出し、その位置情報に基づいて前記シリコン基板に対する前記赤外レーザ光の照射位置を調整する、
ことを特徴とする請求項２記載のレーザードーピング方法。 On the transparent substrate, a reference mark serving as an irradiation target position of the infrared laser light is formed,
The reference mark is detected from the transparent substrate side, and the irradiation position of the infrared laser light on the silicon substrate is adjusted based on the position information.
The laser doping method according to claim 2. シリコン基板の一面に不純物を接触させた状態で、前記シリコン基板の他面側からシリコン基板を透過する赤外レーザ光を照射して、前記不純物を前記シリコン基板内にドーピングするレーザードーピング装置であって、
可視光を透過する透明基板からなり、上面に前記不純物を介在させた状態で前記シリコン基板を保持するステージと、
前記ステージに対向して設けられ、前記赤外レーザ光を前記シリコン基板と前記不純物との界面領域に集光させる集光手段と、
前記赤外レーザ光を前記集光手段に照射するレーザ光学系と、
を備えたことを特徴とするレーザードーピング装置。 A laser doping apparatus that irradiates infrared laser light transmitted through the silicon substrate from the other surface side of the silicon substrate in a state where the impurity is in contact with one surface of the silicon substrate, and doping the impurity into the silicon substrate. And
A stage that consists of a transparent substrate that transmits visible light, and that holds the silicon substrate with the impurities interposed on the upper surface;
A condensing means provided opposite to the stage, and condensing the infrared laser light on an interface region between the silicon substrate and the impurities;
A laser optical system for irradiating the condensing means with the infrared laser light;
A laser doping apparatus comprising: 前記ステージには、前記シリコン基板に予め設定されたドーピング位置に対応して前記赤外レーザ光の照射目標位置となる基準マークが形成されており、
さらに、
前記ステージの下方に設けられ、前記ステージを透過して前記基準マークを撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により撮影して検出された前記基準マークの位置情報に基づいて前記集光手段と前記ステージとを相対的に平行移動し、前記集光手段と前記シリコン基板との位置合わせをするアライメント機構と、
を備えたことを特徴とする請求項６記載のレーザードーピング装置。 In the stage, a reference mark serving as an irradiation target position of the infrared laser beam corresponding to a doping position set in advance on the silicon substrate is formed,
further,
An imaging means provided below the stage, which images the reference mark through the stage;
Alignment for relatively aligning the light condensing means and the silicon substrate by relatively translating the light condensing means and the stage based on the positional information of the reference mark detected by photographing by the image pick-up means. Mechanism,
The laser doping apparatus according to claim 6, further comprising:
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