JP2017028017A - Laser anneal device and laser anneal method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method.
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)の製造工程では、基板の背面から1〜3μm程度の深い領域にバッファ層が形成される。このため、深い領域にイオン注入されたドーパントを活性化させる必要がある。特許文献1に、深い領域に注入されたドーパントの活性化アニールに適したレーザアニール装置が開示されている。このレーザアニール装置では、レーザダイオードに、トップフラットの時間波形を有するパルス電流が供給される。これにより、低いピークパワー密度でも、十分なアニールを行うことができる。
In the manufacturing process of an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a buffer layer is formed in a deep region of about 1 to 3 μm from the back surface of the substrate. For this reason, it is necessary to activate the dopant ion-implanted in the deep region.
レーザアニール対象の基板は、レーザビームに照射されるアニール面とは反対側の非アニール面に、樹脂フィルム、ガラス基板等の支持部材が貼り付けられている。基板と支持部材との貼り付けには接着剤が用いられる。支持部材が貼り付けられた基板が、レーザアニール装置のステージに吸着される。 In the substrate to be laser annealed, a support member such as a resin film or a glass substrate is attached to a non-annealed surface opposite to the annealed surface irradiated with the laser beam. An adhesive is used for attaching the substrate and the support member. The substrate on which the support member is attached is adsorbed to the stage of the laser annealing apparatus.
支持部材が貼り付けられた基板がステージに吸着されるため、通常は、レーザアニール時に基板が加熱されて熱膨張しても基板はステージに吸着されたままである。ところが、接着剤層まで熱が伝わり、接着力が弱まるか、または接着剤が熱分解してしまう場合がある。接着力が弱まるか、接着剤が熱分解すると、基板の熱膨張によって基板が局所的に浮き上がる場合がある。基板が浮き上がって、基板表面がレーザビームの焦点深度の範囲から外れてしまうと、アニール条件が適切な条件からずれてしまう。基板の温度が低下すると、熱膨張が収まり、浮き上がっていた部分が元に戻るため、浮き上がりが生じていたか否かをアニール後に判定することが困難である。このため、適切な条件でアニールが行われなかった不良が見逃されてしまう。 Since the substrate to which the support member is attached is adsorbed to the stage, normally, the substrate remains adsorbed to the stage even if the substrate is heated and thermally expanded during laser annealing. However, heat may be transmitted to the adhesive layer to weaken the adhesive force, or the adhesive may be thermally decomposed. When the adhesive strength is weakened or the adhesive is thermally decomposed, the substrate may be locally lifted due to thermal expansion of the substrate. If the substrate is lifted and the substrate surface is out of the range of the focal depth of the laser beam, the annealing condition deviates from an appropriate condition. When the temperature of the substrate decreases, the thermal expansion stops and the part that has been lifted returns to its original state, so it is difficult to determine after annealing whether or not the lift has occurred. For this reason, the defect which was not annealed on appropriate conditions will be overlooked.
本発明の目的は、基板の局所的な浮き上がりを検出することが可能なレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method capable of detecting local lift of a substrate.
本発明の一観点によると、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザビームが入射する位置にアニール対象の基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に参照光を入射させる参照用光源と、
前記基板の表面に入射する前記参照光の反射光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサで検出された前記反射光の検出結果に基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する制御装置と
を有するレーザアニール装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A laser light source for outputting a laser beam;
A stage for holding a substrate to be annealed at a position where the laser beam output from the laser light source is incident;
A reference light source for making reference light incident on the substrate held on the stage;
An image sensor that receives reflected light of the reference light incident on the surface of the substrate;
There is provided a laser annealing apparatus having a control device for determining whether or not the substrate is locally lifted from the stage based on the detection result of the reflected light detected by the image sensor.
本発明の他の観点によると、
下地部材と、前記下地部材に接着剤で貼り付けられたアニール対象の基板とを含む複合基板を、前記下地部材がステージに対向する姿勢で、前記ステージに吸着する工程と、
前記ステージに吸着された前記複合基板にレーザビームを入射させるとともに、入射位置を前記複合基板の面内で移動させる工程と、
前記レーザビームの、前記複合基板への入射位置に参照光を入射させる工程と、
前記複合基板からの前記参照光の反射光をイメージセンサで受光する工程と、
前記イメージセンサによる前記反射光の検出結果に基づいて、前記下地部材からの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する工程と
を有するレーザアニール方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Adsorbing a composite substrate including a base member and a substrate to be annealed attached to the base member with an adhesive to the stage in a posture where the base member faces the stage;
A step of causing a laser beam to be incident on the composite substrate adsorbed on the stage and moving an incident position in a plane of the composite substrate;
A step of causing a reference beam to be incident on an incident position of the laser beam on the composite substrate;
Receiving reflected light of the reference light from the composite substrate with an image sensor;
And a step of determining whether or not the substrate is locally lifted from the base member based on a detection result of the reflected light by the image sensor.
基板に局所的な浮き上がりが発生すると、反射光の状態が変化する。この状態の変化が、イメージセンサによる反射光の検出結果の変化として現れる。従って、イメージセンサによる反射光の検出結果に基づいて、基板の浮き上がりの有無を判定することができる。 When local lifting occurs on the substrate, the state of reflected light changes. This change in state appears as a change in the detection result of reflected light by the image sensor. Therefore, based on the detection result of the reflected light by the image sensor, it can be determined whether or not the substrate is lifted.
図1〜図6を参照して、実施例によるレーザアニール装置及びレーザアニール方法について説明する。 With reference to FIGS. 1-6, the laser annealing apparatus and laser annealing method by an Example are demonstrated.
図1に、実施例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がパルスレーザビームを出力する。レーザ光源10から出力されたパルスレーザビームのビームプロファイルが、均一化光学系11によって均一化される。均一化光学系11を通過したパルスレーザビームが、ダイクロイックミラー12に入射する。ダイクロイックミラー12は、レーザ光源10から出力されるパルスレーザビームの波長域の光を反射する。ダイクロイックミラー12で反射されたパルスレーザビームが、レンズ13で収束されて、アニール対象である基板30に入射する。基板30は、ステージ31に保持されている。基板30は、例えばドーパントイオンが注入されたシリコンウエハである。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to an embodiment. The
ステージ31は、制御装置35から制御されて、基板30を面内方向に移動させる。基板30を移動させながらパルスレーザビームを入射させることにより、基板30の表面の全域をアニールすることができる。
The
参照用光源20から出力された参照光が、ステージ31に保持された基板30に入射する。参照光の入射位置は、パルスレーザビームの入射位置と同一である。なお、両者のビームスポットの形状及び大きさは、必ずしも同一である必要はない。参照光は、基板30の表面で反射される。この反射光がイメージセンサ21に入射する。イメージセンサ21には、ラインセンサ、二次元センサ等が用いられる。
The reference light output from the
次に、参照光及び反射光の伝搬光学系の構成について説明する。参照用光源20が参照光を出力する。参照用光源20には、例えばHeNeレーザ発振器を用いることができる。HeNeレーザ発振器の出力波長は約633nmである。参照用光源20から出力されたレーザビームが1/2波長板22を透過した後、偏光ビームスプリッタ23で分岐される。
Next, the configuration of the propagation optical system for reference light and reflected light will be described. The
偏光ビームスプリッタ23を直進した参照光は、参照光検出器24に入射する。偏光ビームスプリッタ23で反射した参照光は、1/4波長板25、複数の全反射ミラー26、ダイクロイックミラー12、レンズ13を経由して、基板30に垂直入射する。ダイクロイックミラー12は、参照光の波長域の光を透過させる。
The reference light that has traveled straight through the
基板30に入射した参照光の反射光が、同一の経路を逆方向に辿り、偏光ビームスプリッタ23に入射する。参照光と反射光が、それぞれ1/4波長板25を通過しているため、反射光は偏光ビームスプリッタ23を直進する。偏光ビームスプリッタ23を直進した反射光が、イメージセンサ21に入射する。
The reflected light of the reference light incident on the
イメージセンサ21による反射光の検出結果、及び参照光検出器24により測定された参照光の強度の測定値が制御装置35に入力される。制御装置35は、レーザ光源10からのパルスレーザビームの出力、ステージ31の移動、参照用光源20からの参照光の出力を制御する。制御装置35に含まれる記憶装置36に、制御プログラム、制御に必要な種々のデータが記憶されている。
The detection result of the reflected light by the
入力装置37を通して、レーザアニール装置を動作させるための種々のコマンドや、アニール処理で用いられるデータが入力される。入力されたコマンドに対する応答、アニール処理結果等が、出力装置38に出力される。出力装置38には、液晶表示装置等を用いることができる。入力装置37には、キーボード、ポインティングデバイス等を用いることができる。
Through the
図2Aに、ステージ31、及び基板30を含む複合基板34の断面図を示す。アニール対象の基板30が、下地部材32に貼り付けられている。基板30と下地部材32との間に接着層33が介在する。接着層33には、例えば高分子接着剤を用いることができる。基板30は、例えばシリコンウエハである。下地部材32は、例えば樹脂フィルム、ガラス基板等である。基板30、下地部材32、及び接着層33により複合基板34が構成される。
FIG. 2A shows a cross-sectional view of the
下地部材32がステージ31に対向する姿勢で、複合基板34がステージ31に吸着されて固定されている。複合基板34を固定する機構として、例えば真空チャックを用いることができる。基板30に、レーザ光源10(図1)から出力されたパルスレーザビームL0が入射する。パルスレーザビームL0の入射位置と同じ位置に、参照用光源20(図1)から出力された参照光L1が入射する。参照光L1の反射光L2が、参照光L1の入射経路を逆方向に進む。
The
図2Bに、イメージセンサ21(図1)の受光面27を示す。反射光L2(図2A)が受光面27のほぼ中心に入射することにより、反射光L2の入射領域40が受光面27のほぼ中心に形成される。受光面27に、浮き上がりが生じていないときの反射光L2の典型的な入射領域(以下、基準領域41という。)が定義されている。基板30に浮き上がりが生じていないとき、入射領域40は基準領域41とほぼ一致する。
FIG. 2B shows the
図3Aに、基板30が局所的に浮き上がった状態の断面図を示す。基板30にパルスレーザビームL0が入射することにより、接着層33の一部の接着剤が熱分解する。接着剤の熱分解によって気泡が発生することにより、基板30がステージ31から局所的に浮き上がる。浮き上がった部分に凸部30Aが形成される。なお、気泡が発生しない場合でも、浮き上がりは発生し得る。例えば、接着層33が加熱されることによる接着力の低下及び基板30の熱膨張によって、局所的な浮き上がりが生じ得る。
FIG. 3A shows a cross-sectional view of a state where the
基板30の局所的な浮き上がりによって、基板30の表面が凸面になる。このため、浮き上がりが生じていない場合に比べて、反射光L2の拡がり角が変化する。
Due to the local lifting of the
図3Bに、浮き上がりが発生したとき(図3A)のイメージセンサ21(図1)の受光面27を示す。反射光L2の拡がり角が変化するため、浮き上がりが生じたときの入射領域40の大きさが、基準領域41の大きさから変化する。図3Bでは、入射領域40が基準領域41より大きくなった例を示しているが、光学系の構成によっては、入射領域40が基準領域41より小さくなる場合もある。
FIG. 3B shows the
図4Aに、基板30が局所的に浮き上がった他の状態の断面図を示す。図3Aでは、参照光L1が基板30に垂直入射し、垂直方向に反射する例を示した。図4Aでは、参照光L1が凸部30Aの頂部からずれた傾斜した箇所に入射する。このため、参照光L1は、垂直方向からややずれた方向に反射するとともに、反射光L2の拡がり角も変化する。
FIG. 4A shows a cross-sectional view of another state in which the
図4Bに、イメージセンサ21(図1)の受光面27を示す。反射光L2(図4A)が、参照光L1の入射経路とは異なる経路を伝搬するため、浮き上がりが生じたときの入射領域40の位置が、基準領域41の位置から変化する。さらに、反射光L2の拡がり角も変化するため、入射領域40の大きさも、基準領域41の大きさから変化する。入射領域40が受光面27から部分的に、または完全に外れてしまう場合もある。入射領域40が受光面27から部分的に外れると、反射光L2の強度の検出値が低下する。入射領域40が受光面27から完全に外れると、反射光の強度の検出値が0になる。
FIG. 4B shows the
図3A〜図4Bに示したように、イメージセンサ21で検出された反射光L2の検出結果に基づいて、ステージ31からの基板30の局所的な浮き上がりの有無を判定することができる。例えば、反射光L2の入射領域40の位置及び大きさを、基準領域41の位置及び大きさと比較することにより、浮き上がりの有無を判定することができる。または、反射光L2の強度の検出値に基づいて、浮き上がりの有無を判定することができる。
As shown in FIGS. 3A to 4B, it is possible to determine whether or not the
イメージセンサ21にラインセンサが用いられる場合には、入射領域40の位置は、一次元座標で表される。入射領域40の大きさは、一次元空間における寸法、すなわち直線の長さで表される。
When a line sensor is used for the
図5Aに、アニール中における入射領域40の位置の時間変化の一例を示す。浮き上がりが生じていないときには、入射領域40の中心点が許容範囲43内に位置する。浮き上がりが発生すると、入射領域40の中心位置が許容範囲43から外れる。入射領域40の中心位置が許容範囲43から外れた場合、基板30に局所的な浮き上がりが発生したと判定される。
FIG. 5A shows an example of a temporal change in the position of the
図5Bに、アニール中における入射領域40の大きさの時間変化の一例を示す。浮き上がりが生じていないときには、入射領域40の大きさが許容範囲44内に位置する。浮き上がりが発生すると、入射領域40の大きさが許容範囲43から外れる。入射領域40の大きさが許容範囲44から外れた場合、基板30に局所的な浮き上がりが発生したと判定される。
FIG. 5B shows an example of the change over time of the size of the
局所的な浮き上がりが発生すると、入射領域40の位置及び大きさが急激に変化する。従って、入射領域40の位置の変化、または大きさの変化の傾きに基づいて、局所的な浮き上がりが発生したか否かを判定することができる。例えば、入射領域40の位置または大きさの変化の傾きが、ある閾値を超えたら、局所的な浮き上がりが発生したと判定することができる。
When local lifting occurs, the position and size of the
図6に、実施例によるレーザアニール方法のフローチャートを示す。各ステップは、制御装置35が制御プログラムを実行することにより実現される。ステップS1において、複合基板34(図2A)をステージ31(図1)に吸着する。例えば、搬送装置が複合基板34をストック場所から搬出し、ステージ31の上まで移送する。ステージ31に複合基板34が載せられた後、ステージ31の真空チャックを動作させて複合基板34を吸着する。
FIG. 6 shows a flowchart of a laser annealing method according to the embodiment. Each step is realized by the
ステップS2において、レーザ光源10(図1)からのパルスレーザビームの出力、ステージ31の移動、及び参照用光源20からの参照光の出力を開始する。ステップS3において、基板30の全域のアニールが終了したか否かを判定する。全域のアニールが終了したら、レーザアニール装置の動作を終了する。なお、未処理の次の基板30のアニール処理を開始してもよい。
In step S2, the output of the pulse laser beam from the laser light source 10 (FIG. 1), the movement of the
基板30の全域のアニールが終了していない場合には、ステップS4において、イメージセンサ21による反射光の検出結果に基づいて、基板30の局所的な浮き上がりが発生しているか否かを判定する。この判定は、図5Aまたは図5Bを参照して説明したように、入射領域40の位置または大きさに基づいて行うことができる。または、反射光の強度の検出値に基づいて判定することも可能である。
If the annealing of the entire area of the
基板30の局所的な浮き上がりが発生していないと判定された場合には、ステップS3に戻ってアニール処理を継続する。基板30の局所的な浮き上がりの発生があると判定された場合には、ステップS6において、基板30の表面内の、現時点の参照光の入射位置情報を記憶装置36に記憶する。
When it is determined that the local lift of the
ステップS7において、レーザ光源10(図1)からのパルスレーザビームの出力、ステージ31の移動、及び参照用光源20からの参照光の出力を一時的に停止する。ステップS8において、レーザ出力条件を変更する。例えば、パルスレーザビームの光強度を高めるとともに、パルス幅を短くする。光強度とパルス幅を調整することにより、1パルスあたりのエネルギを低くすることができる。1パルスあたりのエネルギが低くなることにより、基板30の背面(非アニール面)の温度上昇を抑制することができる。これにより、接着層33の過度の温度上昇が抑制され、局所的な浮き上がりが発生し難くなる。
In step S7, the output of the pulse laser beam from the laser light source 10 (FIG. 1), the movement of the
レーザ出力条件を変更した後、ステップS2に戻って、レーザ光源10(図1)からのパルスレーザビームの出力、ステージ31の移動、及び参照用光源20からの参照光の出力を再開する。
After changing the laser output condition, the process returns to step S2, and the output of the pulse laser beam from the laser light source 10 (FIG. 1), the movement of the
上記実施例では、局所的な浮き上がりが生じたと判定された箇所の、基板30の表面内における位置情報が記憶される(ステップS6)。アニール終了後に、局所的な浮き上がりが生じたと判定された箇所の位置情報が、出力装置38に出力される。この位置情報は、アニール処理後の基板30の評価を行う際の重要な情報となる。
In the above-described embodiment, the position information within the surface of the
また、上記実施例では、浮き上がりが生じたと判定された場合には、以後のレーザ出力条件が、浮き上がりの生じ難い条件に変更される。このため、局所的な浮き上がりが生じたと判定された箇所の後にアニール処理が行われる領域において、浮き上がりの発生を抑制することができる。 Further, in the above embodiment, when it is determined that the lift has occurred, the subsequent laser output conditions are changed to a condition in which the lift is difficult to occur. For this reason, in the area | region where an annealing process is performed after the location determined with the local lift having arisen, generation | occurrence | production of a lift can be suppressed.
次に、図7〜図10を参照して、他の実施例によるレーザアニール装置について説明する。以下、図1〜図6に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, a laser annealing apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 will be described, and description of common configurations will be omitted.
図7に、本実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。このレーザアニール装置は、第1のレーザ光源51、及び第2のレーザ光源61を有する。第1のレーザ光源51には、レーザダイオードが用いられる。第1のレーザ光源51は、例えば波長808nmのパルスレーザビームを出力する。第2のレーザ光源61は、固体レーザ発振器61A及び61Bで構成される。固体レーザ発振器61A及び61Bは、緑色域の波長を有するパルスレーザビームを出力する。固体レーザ発振器61A及び61Bには、例えば2次高調波を出力するNd:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YVO4レーザ等が用いられる。
FIG. 7 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to the present embodiment. This laser annealing apparatus has a first
第1のレーザ光源51から出力されたパルスレーザビーム、及び第2のレーザ光源61から出力されたパルスレーザビームが、伝搬光学系57を経由して、アニール対象の基板30に入射する。第1のレーザ光源51から出力されたパルスレーザビームと、第2のレーザ光源61から出力されたパルスレーザビームとは、基板30の表面の同一の領域に入射する。基板30はステージ31に保持されている。
The pulse laser beam output from the first
次に、伝搬光学系57の構成及び作用について説明する。第1のレーザ光源51から出力されたパルスレーザビームが、アッテネータ52、ビームエキスパンダ53、ビームホモジナイザ54、ダイクロイックミラー55、及びレンズ56を経由して、基板30に入射する。
Next, the configuration and operation of the propagation
一方の固体レーザ発振器61Aから出力されたパルスレーザビームが、アッテネータ62A及びビームエキスパンダ63Aを経由して、偏光ビームスプリッタ65に入射する。他方の固体レーザ発振器61Bから出力されたパルスレーザビームが、アッテネータ62B、ビームエキスパンダ63B、及びミラー64を経由して、偏光ビームスプリッタ65に入射する。2つの固体レーザ発振器61A、61Bから出力されたパルスレーザビームが、偏光ビームスプリッタ65で合流し、共通の経路に沿って伝搬する。
The pulse laser beam output from one solid-
偏光ビームスプリッタ65で1本の経路に合流したパルスレーザビームは、ビームホモジナイザ66、ダイクロイックミラー67、ダイクロイックミラー55、及びレンズ56を経由して、基板30に入射する。
The pulsed laser beam merged into one path by the
ダイクロイックミラー55は、800nmの波長域の光を反射し、その他の波長域の光を透過させる。ダイクロイックミラー67は、緑色の波長域の光を反射し、その他の波長域の光を透過させる。制御装置35が、第1のレーザ光源51、第2のレーザ光源61、及びステージ31を制御する。
The
基板30からの熱放射光が、レンズ56、ダイクロイックミラー55及び67を透過して、検出系70に入射する。検出系70は、参照用光源20(図1)を含み、参照光を出力する。検出系70から出力された参照光が、ダイクロイックミラー67、55を透過し、レンズ56で収束されて基板30に入射する。基板30からの反射光が、参照光と同一の経路を逆方向に辿って検出系70に入射する。
Thermal radiation light from the
第1のレーザ光源51から出力されたパルスレーザビームは、主として基板30の深い領域を加熱する。これにより、深い領域のドーパントが活性化する。第1のレーザ光源51または第2のレーザ光源61が、図1〜図6の実施例のレーザ光源10に対応する。なお、第1のレーザ光源51によるドーパントの活性化で浅い領域のドーパントも同時に活性化されるため、後述する第2のレーザ光源61によるレーザアニールは、必要に応じて実施すればよい。
The pulse laser beam output from the first
第2のレーザ光源61の2つの固体レーザ発振器61A、61Bから出力されるパルスレーザビームのパルス幅は、100ns程度である。すなわち、第1のレーザ光源51から出力されるパルスレーザビームのパルス幅の1/100より短い。また、固体レーザ発振器61A、61Bから出力されるパルスレーザビームのピーク強度は、第1のレーザ光源51から出力されるパルスレーザビームのピーク強度よりも十分大きい。第2のレーザ光源61から出力された短パルスかつ高強度のパルスレーザビームは、基板30の表層部を溶融させる。溶融した表層部が再結晶化するときに、ドーパントが活性化する。第2のレーザ光源61は、相対的に浅い領域のドーパントの活性化に用いられる。なお、深い領域の活性化が不要な場合には、第1のレーザ光源51を使用せず、第2のレーザ光源61のみによってレーザアニール処理を行なってもよい。
The pulse width of the pulse laser beam output from the two solid-
図8に、検出系70の概略図を示す。参照用光源20、イメージセンサ21、1/2波長板22、偏光ビームスプリッタ23、参照光検出器24、1/4波長板25、及び全反射ミラー26の構成は、図1に示した実施例の構成と同一である。
FIG. 8 shows a schematic diagram of the
参照用光源20から出力され、全反射ミラー26で反射した参照光は、ダイクロイックミラー72を透過し、ダイクロイックミラー71で反射され、全反射ミラー14で反射された後、伝搬光学系57を経由して基板30(図7)に入射する。ダイクロイックミラー71は、1μm以上の波長域の光を透過させ、600nm以上1μm未満の波長域の光を反射する。ダイクロイックミラー72は、860nm以上940nm以下の波長域の光を反射し、波長633nmの光を透過させる。
The reference light output from the
基板30からの反射光は、参照光の入射経路を反対方向に辿って、偏光ビームスプリッタ23に入射し、偏光ビームスプリッタ23を直進する。偏光ビームスプリッタ23を直進した反射光の一部が、ビームスプリッタ28で反射してイメージセンサ21に入射する。ビームスプリッタ28には、例えばハーフミラーを用いることができる。反射光の一部はビームスプリッタ28を透過し、レンズ78で収束されて反射光検出器79に入射する。
The reflected light from the
基板30にパルスレーザビームが入射して加熱されると、加熱された部分から熱放射光が放射される。伝搬光学系57から検出系70に入射した熱放射光のうち、1μm未満の波長域の光は、ダイクロイックミラー71及び72で反射し、レンズ73で収束された後、表面温度検出器74に入射する。表面温度検出器74には、例えばアバランシェフォトダイオードを用いることができる。
When a pulsed laser beam is incident on the
表面温度検出器74には、短パルスによる短時間の溶融を検出するために、高速応答性が求められる。表面温度検出器74にアバランシェフォトダイオードを用いることにより、十分な高速応答性を確保することができる。
The
伝搬光学系57から検出系70に入射した熱放射光のうち、1μmよりも長い波長域の光は、ダイクロイックミラー71を透過した後、レンズ16で収束されて赤外線検出器17に入射する。
Of the thermal radiation light incident on the
1μmより長い波長域の光は、シリコンウエハを透過する。このため、波長が1μmより長い熱放射光は、シリコンからなる基板30の深い領域からも外部に放射される。これに対し、波長が1μmより短い熱放射光は、基板30によって吸収されやすいため、深い領域で発生した波長1μmより短い熱放射光は、基板30の外部まで達しにくい。このため、1μmより短い波長の熱放射光の強度には、主に浅い領域の温度情報が反映される。これに対し、1μmより長い波長の熱放射光の強度には、浅い領域と深い領域との両方の温度情報が反映される。
Light having a wavelength region longer than 1 μm is transmitted through the silicon wafer. For this reason, thermal radiation light having a wavelength longer than 1 μm is also emitted to the outside from a deep region of the
実施例においては、1μmより短い波長域の熱放射光が表面温度検出器74で検出され、1μmより長い波長域の熱放射光が、赤外線検出器17で検出される。このため、表面温度検出器74の検出結果によって基板30の浅い領域の温度情報を得ることができ、赤外線検出器17の検出結果によって基板30の深い領域の温度情報を得ることができる。
In the embodiment, thermal radiation light having a wavelength region shorter than 1 μm is detected by the
参照光検出器24の検出結果、及び反射光検出器79の検出結果に基づいて、基板30の表面の反射率を算出することができる。基板30の表面が溶融すると、反射率が変化する。このため、反射率に基づいて、基板30の表面が溶融したか否かを判定することができる。
Based on the detection result of the
参照光は、基板30の表面が溶融したか否かを判定する用途、及び基板30の局所的な浮き上がりの発生の有無を判定する用途の両方に用いることができる。
The reference light can be used for both an application for determining whether or not the surface of the
次に、本実施例によるレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法について説明する。 Next, a laser annealing method using the laser annealing apparatus according to this embodiment will be described.
図9に、基板30の表面内におけるレーザビームのビームスポット80の中心の軌跡81を示す。ビームスポット80は、一方向に長い長尺の形状を有する。ビームスポット80の長手方向をy方向とし、それに直交する方向をx方向とするxy直交座標系を定義する。パルスレーザビームの、x方向への主走査と、y方向への副走査とを繰り返すことにより、基板30の全域がアニールされる。
FIG. 9 shows a
主走査の期間中に、時間軸上で相互に隣り合うショットの入射領域は、相互に部分的に重なる。重複率は、例えば50%以上99%以下である。同様に、y方向への副走査の前と後のショットの入射領域も、相互に部分的に重なる。重複率は、例えば50%である。 During the main scanning period, incident areas of shots adjacent to each other on the time axis partially overlap each other. The overlap rate is, for example, 50% or more and 99% or less. Similarly, the incident areas of the shots before and after the sub-scan in the y direction partially overlap each other. The overlap rate is, for example, 50%.
基板30の局所的な浮き上がりが検出されたときのビームスポット80の中心点を、浮き上がり検出箇所90と呼ぶこととする。浮き上がり検出箇所90、及びその周辺の領域を、アニール除外領域91と定義する。本実施例においては、アニール除外領域91が定義された後は、アニール除外領域91の内部にレーザビームを入射させない制御が行われる。例えば、パルスレーザビームの入射する領域がアニール除外領域91の内部に位置する場合には、第1のレーザ光源51及び第2のレーザ光源61(図7)からのパルスレーザビームの出力を一時的に停止させる。または、パルスレーザビームの経路にシャッタを配置し、このシャッタを閉じることによって、パルスレーザビームの入射を停止させることも可能である。
The center point of the
アニール除外領域91は、例えば浮き上がり検出箇所90を中心とし、x方向及びy方向と平行な辺を持つほぼ正方形の領域とすることができる。アニール除外領域91の一辺の長さは、例えば、ビームスポット80の長手方向の寸法の3倍以上5倍以下とする。その他に、アニール除外領域91を、浮き上がり検出箇所90を中心とする円形としてもよい。
The
図9では、既にパルスレーザビームが入射した領域、及び入射予定の領域のビームスポット80の中心の軌跡81を実線で表している。パルスレーザビームの入射を中断させている期間に、パルスレーザビームを入射させたと仮定したときのビームスポット80の中心の軌跡82を破線で表している。
In FIG. 9, the
図10に、本実施例によるレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法のフローチャートを示す。以下、図6に示したレーザアニール方法との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 FIG. 10 shows a flowchart of a laser annealing method using the laser annealing apparatus according to this embodiment. Hereinafter, differences from the laser annealing method shown in FIG. 6 will be described, and description of common configurations will be omitted.
ステップS3において全域のアニールが終了していないと判定された場合、ステップS11において、レーザビームの入射位置、例えばビームスポット80(図9)の中心位置がアニール除外領域91(図9)の内側のとき、パルスレーザビームの基板30への入射を一時的に中断させる制御を実行する。パルスレーザビームの入射が中断されている期間も、ステージ31の移動は継続する。レーザビームの入射位置がアニール除外領域91(図9)から外れると、基板30へのパルスレーザビームの入射を再開する。パルスレーザビームの入射位置がアニール除外領域91の外部に位置する限りは、図6に示した実施例と同様に、基板30へのパルスレーザビームの入射が継続する。
If it is determined in step S3 that the annealing of the entire region has not ended, in step S11, the incident position of the laser beam, for example, the center position of the beam spot 80 (FIG. 9) is located inside the annealing exclusion region 91 (FIG. 9). At this time, a control for temporarily interrupting the incidence of the pulse laser beam on the
ステップS12において、イメージセンサ21及び表面温度検出器74(図8)の検出結果に基づいて、基板30の浮き上がりの有無を判定する。図1〜図6に示した実施例では、イメージセンサ21の検出結果のみに基づいて、基板30の浮き上がりの有無を判定した。
In step S12, whether or not the
基板30の浮き上がりには、基板30が過度に加熱されることに起因するもの(以下、「蓄熱による浮き上がり」という。)と、製造工程の不良に起因するもの(以下、「製造不良による浮き上がり」という。)とが含まれる。製造工程の不良として、例えば接着層33(図2A)の接着剤の不良、基板30の厚さ不足、基板30と下地部材32(図2A)との間への異物混入等が考えられる。
The floating of the
イメージセンサ21の検出結果のみでは、蓄熱による浮き上がりと、製造不良による浮き上がりとを区別することができない。イメージセンサ21の検出結果と、表面温度検出器74の検出結果とを併用することにより、蓄熱による浮き上がりと、製造不良による浮き上がりとを区別することが可能になる。
From only the detection result of the
基板30への蓄熱量が増加して、ある上限値を超えると、蓄熱による浮き上がりが発生する。従って、蓄熱による浮き上がりが発生する前は、基板30への蓄熱量が徐々増大すると考えられる。蓄熱量の増大により、パルスレーザビームのショットごとに、表面温度検出器74の検出結果から求まる表面温度の上昇が観測される。これに対し、製造不良による浮き上がりが生じている場合には、浮き上がりの発生と蓄熱量とは無関係である。このため、表面温度検出器74の検出結果から求まる表面温度の上昇は観測されない。表面温度の時刻歴に基づいて、浮き上がりが蓄熱によるものか、製造工程の不良によるものかを区別することができる。
When the amount of heat stored in the
ステップS7でレーザ出力、ステージ移動、参照光出力を停止させた後、ステップS13において、浮き上がりの原因が製造工程の不良か否かを判定する。浮き上がりが蓄熱によるものである場合は、図6に示したレーザアニール方法の場合と同様に、ステップS8においてレーザ出力条件を変更する。浮き上がりが製造工程の不良によるものである場合、ステップS14において、浮き上がり検出箇所90(図9)を含む領域をアニール除外領域91として定義する。アニール除外領域91が定義された後、レーザ出力条件を変更することなく、ステップS2に戻る。
After stopping the laser output, the stage movement, and the reference light output in step S7, it is determined in step S13 whether the cause of the lifting is a defective manufacturing process. If the lift is due to heat storage, the laser output condition is changed in step S8 as in the case of the laser annealing method shown in FIG. If the lift is due to a defect in the manufacturing process, an area including the lift detection point 90 (FIG. 9) is defined as an
アニール除外領域91が定義されると、ステップS11において、アニール除外領域91内へのパルスレーザビームの入射が中断される。
When the
次に、本実施例の優れた効果について説明する。図6に示した方法では、浮き上がりが検出された場合、ステップS8においてレーザ出力条件が変更される。ところが、浮き上がりが蓄熱によるものではなく、製造工程の不良によるものである場合には、レーザ出力条件を変更する必要はない。例えば、浮き上がりが製造工程の不良によるものである場合に、パルスレーザビームのパルスエネルギを低下させると、パルスエネルギ低下後にアニールされた領域において、アニール不良が生じる可能性が高まる。 Next, the excellent effect of the present embodiment will be described. In the method shown in FIG. 6, when lift is detected, the laser output condition is changed in step S8. However, it is not necessary to change the laser output conditions when the lift is not due to heat storage but due to a defective manufacturing process. For example, when the lift is due to a defect in the manufacturing process, if the pulse energy of the pulse laser beam is reduced, the possibility of an annealing failure occurring in the annealed region after the pulse energy reduction is increased.
図10に示した方法では、製造工程の不良による浮き上がりが発生している場合には、レーザ出力条件を変更しないため、アニール不良が生じる可能性が高くなることはない。 In the method shown in FIG. 10, when the lifting due to a defective manufacturing process occurs, the laser output condition is not changed, so that the possibility of an annealing failure does not increase.
製造工程の不良による局所的な浮き上がり箇所からは、ステージ31(図7)に熱が逃げにくい。このため、浮き上がりが無い領域よりも、レーザアニールによる温度の上昇が生じやすい。本実施例では、製造工程に不良による局所的な浮き上がりが検出された浮き上がり検出箇所90を含むアニール除外領域91にレーザビームを入射させないため、製造工程の不良による浮き上がりが発生している箇所の周辺の過度の温度上昇を抑制することができる。
It is difficult for heat to escape to the stage 31 (FIG. 7) from a locally raised portion due to a defective manufacturing process. For this reason, the temperature rise by laser annealing is more likely to occur than in the region where there is no lifting. In this embodiment, since the laser beam is not incident on the
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
11 均一化光学系
12 ダイクロイックミラー
13 レンズ
14 全反射ミラー
16 レンズ
17 赤外線検出器
20 参照用光源
21 イメージセンサ
22 1/2波長板
23 偏光ビームスプリッタ
24 参照光検出器
25 1/4波長板
26 全反射ミラー
27 受光面
28 ビームスプリッタ
30 基板
30A 凸部
31 ステージ
32 下地部材
33 接着層
34 複合基板
35 制御装置
36 記憶装置
37 入力装置
38 出力装置
40 反射光の入射領域
41 基準領域
43 反射光の入射領域の位置の許容範囲
44 反射光の入射領域の大きさの許容範囲
51 第1のレーザ光源
52 アッテネータ
53 ビームエキスパンダ
54 ビームホモジナイザ
55 ダイクロイックミラー
56 レンズ
57 伝搬光学系
61 第2のレーザ光源
61A、61B 固体レーザ発振器
62A、62B アッテネータ
63A、63B ビームエキスパンダ
64 ミラー
65 偏光ビームスプリッタ
66 ビームホモジナイザ
67 ダイクロイックミラー
70 検出系
71、72 ダイクロイックミラー
73 レンズ
74 表面温度検出器
78 レンズ
79 反射光検出器
80 ビームスポット
81、82 軌跡
90 浮き上がり検出箇所
91 アニール除外領域
L0 パルスレーザビーム
L1 参照光
L2 反射光
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記レーザ光源から出力された前記レーザビームが入射する位置にアニール対象の基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に参照光を入射させる参照用光源と、
前記基板の表面に入射する前記参照光の反射光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサで検出された前記反射光の検出結果に基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する制御装置と
を有するレーザアニール装置。 A laser light source for outputting a laser beam;
A stage for holding a substrate to be annealed at a position where the laser beam output from the laser light source is incident;
A reference light source for making reference light incident on the substrate held on the stage;
An image sensor that receives reflected light of the reference light incident on the surface of the substrate;
A laser annealing apparatus comprising: a control device that determines whether or not the substrate is locally lifted from the stage based on a detection result of the reflected light detected by the image sensor.
前記ステージを制御して、前記基板を面内方向に移動させながら、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームを前記基板に入射させ、
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定されたときの前記基板の面内における前記参照光の入射位置を、浮き上がり位置情報として記憶する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザアニール装置。 The control device includes:
While controlling the stage and moving the substrate in the in-plane direction, the laser beam output from the laser light source is incident on the substrate,
The laser annealing according to any one of claims 1 to 4, wherein an incident position of the reference light in a surface of the substrate when it is determined that there is a local lift of the substrate is stored as lift position information. apparatus.
前記ステージを制御して、前記基板を面内方向に移動させながら、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームを前記基板に入射させ、
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定されたとき、前記レーザ光源からの前記レーザビームの出力を一時的に停止し、
前記レーザビームの出力の停止後、前記レーザビームの出力条件を変更して、前記レーザビームの出力を再開する請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザアニール装置。 The control device includes:
While controlling the stage and moving the substrate in the in-plane direction, the laser beam output from the laser light source is incident on the substrate,
When it is determined that there is local lifting of the substrate, the output of the laser beam from the laser light source is temporarily stopped,
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein, after the output of the laser beam is stopped, the output condition of the laser beam is changed and the output of the laser beam is restarted.
前記ステージを制御して、前記基板を面内方向に移動させながら、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームを前記基板に入射させ、
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定されたとき、前記レーザ光源からの前記レーザビームの出力を一時的に停止し、
前記レーザビームの出力の停止後、前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定された箇所を含むアニール除外領域に前記レーザビームを入射させない制御を行い、
前記アニール除外領域以外の領域には、前記局所的な浮き上がりが有ると判定された時点よりも前の条件と同一の条件で前記レーザビームを入射させる請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザアニール装置。 The control device includes:
While controlling the stage and moving the substrate in the in-plane direction, the laser beam output from the laser light source is incident on the substrate,
When it is determined that there is local lifting of the substrate, the output of the laser beam from the laser light source is temporarily stopped,
After stopping the output of the laser beam, performing a control not to make the laser beam incident on an annealing exclusion region including a portion determined to have a local lift of the substrate,
6. The laser beam according to claim 1, wherein the laser beam is incident on a region other than the annealing exclusion region under the same condition as that before the time point when the local lifting is determined to be present. Laser annealing equipment.
前記ステージに吸着された前記複合基板にレーザビームを入射させるとともに、入射位置を前記複合基板の面内で移動させる工程と、
前記レーザビームの、前記複合基板への入射位置に参照光を入射させる工程と、
前記複合基板からの前記参照光の反射光をイメージセンサで受光する工程と、
前記イメージセンサによる前記反射光の検出結果に基づいて、前記下地部材からの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する工程と
を有するレーザアニール方法。 Adsorbing a composite substrate including a base member and a substrate to be annealed attached to the base member with an adhesive to the stage in a posture where the base member faces the stage;
A step of causing a laser beam to be incident on the composite substrate adsorbed on the stage and moving an incident position in a plane of the composite substrate;
A step of causing a reference beam to be incident on an incident position of the laser beam on the composite substrate;
Receiving reflected light of the reference light from the composite substrate with an image sensor;
Determining whether or not the substrate is locally lifted from the base member based on a detection result of the reflected light by the image sensor.
前記レーザビームの出力の停止後、前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定された箇所を含むアニール除外領域には前記レーザビームを入射させず、
前記アニール除外領域以外の領域には、前記局所的な浮き上がりが有ると判定された時点よりも前の条件と同一の条件で前記レーザビームを入射させる請求項8に記載のレーザアニール方法。 If it is determined that there is a local lift of the substrate, temporarily stop the laser beam incidence,
After stopping the output of the laser beam, the laser beam is not incident on an annealing exclusion region including a portion determined to have local lift of the substrate,
9. The laser annealing method according to claim 8, wherein the laser beam is incident on a region other than the annealing excluded region under the same condition as the condition before the time point when it is determined that the local lifting is present.
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JP2018160553A (en) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 住友重機械工業株式会社 | Laser processing device |
US11158510B2 (en) | 2018-09-04 | 2021-10-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Monitoring device, monitoring method and method of manufacturing semiconductor device using reflectivity of wafer |
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