JP6585279B2 - 熱処理装置、熱処理方法、レーザアニール装置、および、レーザアニール方法 - Google Patents
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Description
図1A及び図1Bは、本発明の実施の形態1に係る熱処理装置の構成を示した構成図である。図1Aは、熱処理装置の側面図であり、図1Bは、熱処理装置の平面図である。図2は、実施の形態1に係る熱処理装置によって得られた活性化率を示すグラフである。また、図3は、実施の形態1に係る熱処理装置の構成を示した部分拡大図である。
なお、本実施の形態においては、レーザの1回の照射による被処理物の活性化率が目標値である90%または95%に達する被処理物5の到達温度を100とすると、100よりも低い、例えば70を、被処理物の到達温度の目標値に設定して、被処理物5へのレーザ照射を2回以上繰り返す。繰り返し回数は、任意に設定してよいが、図2の結果を参考にすれば、2回以上4回以下が望ましいと言える。また、この「70」という値も一例にすぎず、60〜80程度が望ましい。このように、到達温度の目標値を低い温度に設定して、当該目標値に被処理物の温度が到達するように、レーザのパワー密度を設定して、レーザの照射を繰り返し行うことで、目標とする活性化率を得る。
図4に示すように、図4の動作フローが始まると、まずはじめに、制御装置6の制御により、回転台3の回転が始まる(ステップS1)。
回転台3の回転速度が予め設定された目標値に達した時点で、制御装置6の制御により、駆動系4が光学系2の駆動動作を始めて、光学系2を初期位置まで移動させ(ステップS2)、それと同時に、光学系2の照射位置における周速度が一定となるように、制御装置6の制御により、回転台3の回転速度の制御が始まる(ステップS3)。
このとき、回転台3の回転速度と光学系2の駆動位置の制御については、各照射位置における周速度が一定となるように、相互を常にフィードバックしながら行う。このように、一定速度となるようにフィード制御をおこなってもよいし、予め走査軌跡が決まっているので、その各軌跡の位置における周速度が一定となる回転速度と駆動位置も一意に求まるので、フィードフォワード制御としてもよい。
この速度一定動作が始まってから、あるいは、それと同時に、レーザ発振機1からのレーザがONされ、被処理物5に対して照射される(ステップS4)。このとき、同一出力でレーザを照射させながら、ステップS2,S3と同様に、駆動系4の駆動動作および回転台3の回転動作が制御される(ステップS5,S6)。これにより、各照射位置における周速度が一定となり、各照射位置におけるレーザのパワー密度が一定となる。当該照射条件において、2回以上のレーザ照射を繰り返し行う。
こうして、被処理物5に対して、予め設定された照射面積を光学系2が走査し終わった後、制御装置6が、レーザをOFFし(ステップS7)、駆動系4を停止させるとともに回転台3を停止させて(ステップS8)、図4の動作フローの処理が終了する。
上述した実施の形態1の構成において、レーザ発振機1は、公知のレーザであれば、ファイバー伝送型のLDレーザでなくともよい。すなわち、レーザ発振機1として、固体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザのいずれを用いるようにしてもよい。ただし、ファイバー伝送型でない場合は、各々適正な光学系2が必要である。また、発振方式も、連続発振型レーザ、パルス発振型レーザを問わず、いずれのものも適用可能である。この場合、レーザ発振機1から照射位置までの距離で光路が変わらないため、光学系2の構成が、実施の形態1に比較すると、簡素になる。
上述した実施の形態1においては、駆動系4が光学系2に対して設けられていたが、被処理物5に対して駆動系が設けられていてもよい。すなわち、本実施の形態2においては、図5A及び図5Bに示すように、被処理物5に対して、駆動系41が設けられている。なお、図5Aは、本実施の形態に係る熱処理装置の側面図であり、図5Bは、熱処理装置の平面図である。駆動系41は、長手方向が回転台3の半径線上に沿うように、径方向に、設けられている。駆動系41は、被処理物5を、回転台3の径方向に、回転台3の中心31から外側へ向かって移動、あるいは、外側から中心31へ向かって移動させる。このとき、光学系2の位置は固定である。このように、本実施の形態においては、固定された光学系2に対して、駆動系41により被処理物5の位置を移動させることで、被処理物5の全面において、同一の繰り返し温度上昇が得られる。
また、光学系2から照射させるレーザが多数必要で、被処理物5の個数が少ない場合は、本実施の形態3の構成の方が簡素である。また、光学系2の構成が複雑で、光学系2が移動することによる微妙な光学系2のズレによってレーザの強度分布であるビームプロファイルが変化するのを避けるのにも、本実施の形態3の構成が有効である。
上述した実施の形態3の構成において、レーザ発振機1は、公知のレーザであれば、ファイバー伝送型のLDレーザでなくともよい。すなわち、レーザ発振機1として、固体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザのいずれを用いるようにしてもよい。ただし、ファイバー伝送型でない場合は、各々適正な光学系2が必要である。また、発振方式も、連続発振型レーザ、パルス発振型レーザを問わず、いずれのものも適用可能である。この場合、レーザ発振機1から照射位置までの距離で光路が変わらないため、光学系2の構成が、実施の形態3に比較すると、簡素になる。
上述した実施の形態1の構成においては、光学系2が、半径線上に移動する1軸の移動機構であったが、本実施の形態においては、図6に示すように、2軸移動できる独立型の駆動系91および92が、それぞれ、光学系21,22に設けられている。なお、本実施の形態では、図の簡略化のため、2つの光学系しか図示してないが、2つ以上でもよい。
上述した実施の形態5の構成において、レーザ発振機1は、公知のレーザであれば、ファイバー伝送型のLDレーザでなくともよい。すなわち、レーザ発振機1として、固体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザのいずれを用いるようにしてもよい。ただし、ファイバー伝送型でない場合は、各々適正な光学系2が必要である。また、発振方式も、連続発振型レーザ、パルス発振型レーザを問わず、いずれのものも適用可能である。この場合、レーザ発振機1から照射位置までの距離で光路が変わらないため、光学系2の構成が、実施の形態5に比較すると、簡素になる。
図2に示すように、繰り返しレーザを照射することで活性化率が上昇したが、活性化率は繰り返し照射するほど、その改善率が小さくなり、いずれ、改善率の上昇分が縮小、いわゆるサチュレイトする。また、活性化率は一定以上の割合でよく、具体的には、例えば90%以上でよいため、厳密には完全に同じ温度上昇を繰り返し与えなくてもよく、多少の温度上昇ムラがあっても目的とする特性が得られるアニール処理をはじめとする各種熱処理を行うことができる。
本実施の形態においては、上述した実施の形態1〜7の構成において、照射位置毎にその瞬間における走査速度を算出し、単位体積あたりの入熱量であるパワー密度(W/cm2)を走査速度で除した値が一定になるように、レーザ発振機1の出力を各々調整する。
本実施の形態においては、上述した実施の形態1〜8の構成において、照射位置毎にその瞬間における走査速度を算出し、単位体積あたりの入熱量であるパワー密度(W/cm2)を走査速度で除した値が一定になるように、光学系2,21,22のコリメーションレンズ2aもしくは対物レンズ2bの位置を調整し、ビーム径、すなわち、レーザの集光径を各々調整する。
Claims (14)
- 半導体を搭載させる台と、
前記台に対して取り付けられ、レーザを発振させるレーザ発振機と、
前記レーザ発振機から発振された前記レーザを前記半導体に照射させる前記台の中心を中心とする同一円周上に配置された2以上の光学系と、
を備え、
前記レーザの1回の照射による前記半導体の活性化率が目標値に達する前記半導体の到達温度を第1の温度とすると、前記第1の温度よりも低い第2の温度を前記半導体の到達温度の目標値に設定し、前記光学系から前記半導体に対して前記レーザの照射を2回以上繰り返し行い、
前記台は、回転自在に設けられた回転台から構成される
熱処理装置。 - 前記回転台に前記半導体を搭載させた状態で、前記回転台を回転させることにより、前記光学系からの前記半導体に対する前記レーザの照射を繰り返し行うものであって、
前記光学系の前記レーザの照射位置と前記回転台の中心との距離が変化する場合に、各照射位置において前記回転台の周速度が一定になるように、前記距離の変化に応じて前記回転台の回転速度を制御する制御装置をさらに備えた、
請求項1に記載の熱処理装置。 - 前記光学系を移動させる第1の駆動系をさらに備え、
前記第1の駆動系は、前記光学系による前記レーザの照射位置が、前記回転台の中心を中心とする同心円上に位置するように、全ての前記光学系を前記回転台の径方向に同距離だけ放射状に同時に移動させる、
請求項2に記載の熱処理装置。 - 前記半導体を移動させる第2の駆動系をさらに備え、
前記第2の駆動系は、前記回転台に搭載された全ての前記半導体を前記回転台の径方向に同距離だけ放射状に同時に移動させる、
請求項2に記載の熱処理装置。 - 半導体が搭載された回転台に対して取り付けられたレーザ発振機からレーザを発振させるレーザ発振ステップと、
前記レーザ発振ステップにおいて発振された前記レーザの2以上の照射位置が、前記回転台の中心を中心とする同一円周上に位置するように、前記レーザを前記半導体に照射させるレーザ照射ステップと
を備え、
前記レーザ照射ステップは、
前記レーザの1回の照射による前記半導体の活性化率が目標値に達する前記半導体の到達温度を第1の温度とすると、前記第1の温度よりも低い第2の温度を前記半導体の到達温度の目標値に設定し、前記半導体に対して前記レーザの照射を2回以上繰り返し行う、
熱処理方法。 - レーザの照射による温度上昇によって半導体の表面近傍の特性を変えるレーザアニール処理を行うレーザアニール装置であって、
前記半導体を搭載させる台と、
前記台に対して取り付けられ、前記レーザを発振させるレーザ発振機と、
前記レーザ発振機から発振された前記レーザを前記半導体に照射させる前記台の中心を中心とする同一円周上に配置された2以上の光学系と、
を備え、
前記レーザの1回の照射による前記半導体の活性化率が目標値に達する前記半導体の到達温度を第1の温度とすると、前記第1の温度よりも低い第2の温度を前記半導体の到達温度の目標値に設定し、前記光学系から前記半導体に対して前記レーザの照射を2回以上繰り返し行い、
前記台は、回転自在に設けられた回転台から構成される
レーザアニール装置。 - 繰り返し行われる前記レーザの前記照射は、同一出力および同一照射条件で行われる、
請求項6に記載のレーザアニール装置。 - 各前記光学系は、同時に、前記レーザの照射を行うものであって、
各前記光学系は、隣接する他の前記光学系が照射する前記レーザによる熱影響を受けないように、照射する前記レーザのビーム径の10倍以上の間隙を介してそれぞれ配置される、
請求項6または7に記載のレーザアニール装置。 - 前記光学系から照射されるビーム出力を一定にし、且つ、前記光学系による全ての照射位置における前記レーザのパワー密度が一定になるように、前記光学系と前記半導体との相対移動速度が一定になるように制御する制御装置をさらに備えた、
請求項6から8までのいずれか1項に記載のレーザアニール装置。 - レーザの照射による温度上昇によって半導体の表面近傍の特性を変えるレーザアニール処理を行うレーザアニール方法であって、
前記半導体が搭載された回転台に対して取り付けられたレーザ発振機から前記レーザを発振させるレーザ発振ステップと、
前記レーザ発振ステップにおいて発振された前記レーザの2以上の照射位置が、前記回転台の中心を中心とする同一円周上に位置するように、前記レーザを前記半導体に照射させるレーザ照射ステップと
を備え、
前記レーザ照射ステップは、
前記レーザの1回の照射による前記半導体の活性化率が目標値に達する前記半導体の到達温度を第1の温度とすると、前記第1の温度よりも低い第2の温度を前記半導体の到達温度の目標値に設定し、前記半導体に対して前記レーザの照射を2回以上繰り返し行う、
レーザアニール方法。 - 繰り返し行われる前記レーザの前記照射は、同一出力および同一照射条件で行われる、
請求項10に記載のレーザアニール方法。 - 前記照射は、同時に、複数のレーザにより行うものであって、
各前記レーザは、隣接する他のレーザによる熱影響を受けないように、ビーム径の10倍以上の間隙を介してそれぞれ配置される、
請求項10または11に記載のレーザアニール方法。 - 前記レーザのビーム出力を一定にし、且つ、前記レーザによる全ての照射位置における前記レーザのパワー密度が一定になるように、前記レーザと前記半導体との相対移動速度が一定になるように制御する制御ステップをさらに備えた、
請求項10から12までのいずれか1項に記載のレーザアニール方法。 - 前記レーザのビーム出力を一定にし、且つ、前記レーザによる全ての照射位置における前記レーザのパワー密度が一定になるように、前記レーザの集光径を制御する制御ステップをさらに備えた、
請求項10から12までのいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
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