JP7428481B2 - レーザアニール方法及びレーザ制御装置 - Google Patents
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Description
半導体ウエハに周期的に緑色の波長域のパルスレーザビームのレーザパルスを入射させ、ビームスポットの領域が、直前のレーザパルスのビームスポットの領域と部分的に重なるように前記半導体ウエハに対してビームスポットを移動させながらアニールする方法において、パルスの繰返し周波数を100kHz以上とし、パルス幅を10ns以上100ns以下にし、直前のレーザパルスの入射による半導体ウエハの表面の温度の上昇幅の99%に相当する温度幅だけ低下する時点より前に、次の周期のレーザパルスを入射させるレーザアニール方法が提供される。
緑色のパルス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パルスレーザビームが入射する位置に半導体ウエハを保持する保持テーブルと、
前記半導体ウエハに対してパルスレーザビームのビームスポットを移動させる走査機構と
を備えたレーザアニール装置を制御するレーザ制御装置であって、
パルスの繰返し周波数を100kHz以上とし、パルス幅を10ns以上100ns以下にし、ビームスポットの領域が、直前のレーザパルスのビームスポットの領域と部分的に重なるように前記半導体ウエハに対してビームスポットを移動させながら直前のレーザパルスの入射による前記半導体ウエハの表面の温度の上昇幅の99%に相当する温度幅だけ低下する時点より前に、次の周期のレーザパルスを入射させるように前記レーザ光源及び前記走査機構を制御するレーザ制御装置が提供される。
ここで、tは加熱開始からの経過時間、Cは半導体ウエハ60の比熱、ρは半導体ウエハ60の密度、λは半導体ウエハ60の熱伝導率である。例えば、表面温度Tの単位は「K」であり、パワー密度Pの単位は「W/cm2」であり、経過時間tの単位は「秒」であり、比熱Cの単位は「J/g・K」であり、密度ρの単位は「g/cm3」であり、熱伝導率λの単位は「W/cm・K」である。
エネルギ密度Eの単位は、例えば「J/cm2」である。
式(2)と式(3)とから経過時間t0を消去すると、以下の式が得られる。
実施例においては、直前のレーザパルスの入射による温度上昇後の冷却過程にある箇所に次の周期のレーザパルスを入射させる。例えば図3Bに示したように、1ショット目のレーザパルスLP1の入射による温度上昇後の冷却過程にある箇所(点Pの位置)に、2ショット目のレーザパルスLP2を入射させる。さらに、2ショット目のレーザパルスLP2の入射による温度上昇後の冷却過程にある箇所(点Pの位置)に、3ショット目のレーザパルスLP3を入射させる。このため、レーザパルスによって半導体ウエハに投入されるエネルギに、直前のレーザパルスによって投入されたエネルギの一部が重畳されて、半導体ウエハが加熱される。このように、複数のレーザパルスによって半導体ウエハに投入されたエネルギが重畳されることにより、1つのレーザパルスのパルスエネルギが実質的に高くなったのと同等の熱的効果が得られるため、レーザエネルギを有効に利用することができる。
レーザパルスを入射させていた。例えば、式(6)に示したように温度保持率Trが0.5%以下の条件でアニールを行っていた。直前のレーザパルスの入射による温度上昇後の冷却過程にある箇所に次の周期のレーザパルスを入射させることの十分な効果を得るために、温度保持率Trが1%以上の条件でアニールを行うことが好ましい。すなわち、直前のレーザパルスの入射による半導体ウエハの表面の温度の上昇幅の99%に相当する温度幅だけ低下する時点より前に、次の周期のレーザパルスを入射させることが好ましい。この条件を容易に満たすために、パルスの繰り返し周波数を15kHz以上にすることが好ましい。直前のレーザパルスの入射から次の周期のレーザパルスを入射させるまでの時間、またはパルスの繰り返し周波数を上述のように設定することにより、従来の方法に比べて、半導体ウエハの非照射面の温度上昇を抑制するという十分な効果が得られる。
上記実施例ではレーザ発振器としてファイバレーザ発振器を用いたが、15kHz以上のパルスの繰り返し周波数を容易に実現することが可能な他のパルスレーザ発振器、例えばモードロックレーザ発振器等を用いてもよい。
11 利得ファイバ
12 入力側光ファイバ
13 ファイバブラッググレーティング
15 出力側光ファイバ
16 ファイバブラッググレーティング
20 レーザダイオード
21 ドライバ
22 波長変換素子
30 レーザ制御装置
31 コンソール
40 伝送光学系
50 チャンバ
51 レーザ透過窓
52 走査機構
53 保持テーブル
60 半導体ウエハ
Claims (6)
- 半導体ウエハに周期的に緑色の波長域のパルスレーザビームのレーザパルスを入射させ、ビームスポットの領域が、直前のレーザパルスのビームスポットの領域と部分的に重なるように前記半導体ウエハに対してビームスポットを移動させながらアニールする方法において、パルスの繰返し周波数を100kHz以上とし、パルス幅を10ns以上100ns以下にし、直前のレーザパルスの入射による前記半導体ウエハの表面の温度の上昇幅の99%に相当する温度幅だけ低下する時点より前に、次の周期のレーザパルスを入射させるレーザアニール方法。
- 直前のレーザパルスの入射による前記半導体ウエハの表面の温度の上昇幅の95%に相当する温度幅だけ低下する時点より前に、次の周期のレーザパルスを入射させる請求項1に記載のレーザアニール方法。
- さらに、パルスの繰返し周波数を150kHz以下とする請求項1または2に記載のレーザアニール方法。
- 緑色のパルス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パルスレーザビームが入射する位置に半導体ウエハを保持する保持テーブルと、
前記半導体ウエハに対してパルスレーザビームのビームスポットを移動させる走査機構と
を備えたレーザアニール装置を制御するレーザ制御装置であって、
パルスの繰返し周波数を100kHz以上とし、パルス幅を10ns以上100ns以下にし、ビームスポットの領域が、直前のレーザパルスのビームスポットの領域と部分的に重なるように前記半導体ウエハに対してビームスポットを移動させながら直前のレーザパルスの入射による前記半導体ウエハの表面の温度の上昇幅の99%に相当する温度幅だけ低下する時点より前に、次の周期のレーザパルスを入射させるように前記レーザ光源及び前記走査機構を制御するレーザ制御装置。 - さらに、パルスの繰返し周波数を150kHz以下とする請求項4に記載のレーザ制御装置。
- 前記レーザ光源は、ファイバレーザ発振器またはモードロックレーザ発振器を含む請求項4または5に記載のレーザ制御装置。
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