JPS62112322A - レ−ザアニ−ル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はレーザアニール装置〃にかかるものであり、特
Ｖこアニール温度制御方式の改良ｊｌ（関するものであ
る。

〔発明の背景〕

一般にレーザアニール装置は局所的にアニーリング効果
金得ることができる点できわめて有効なアニーリング手
段であシ、半導体デバイスの製造等に広く利用されてい
る。

ところでレーザアニールにおいて、集光点の温度をモニ
タする手段としては、入射光強度とラマン光強度の比を
用いるものがある。し７かしながらこのような手段によ
れば、次のような不都合がある。

（２）　　入射光強度とラマン光強度の比がきわめて大
きい。このため、同一のセンサを使用することができず
、センサの応答速度や時定数の相違が生ずることとなる
。

（２）　　ラマン光はアニール対象物の融点付近でその
強度が急激に減少するため、有効に温度のモニタを行う
ことができる範囲が狭くなる。

以上のような不都合があるため、集光点の温度を良好に
モニタすることができず、例えば所定の温度まで上昇し
ないために結晶性が悪くなったり、あるいは必要以上に
高温になって不純物拡散が生するおそれがある。

〔発明の目的〕

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであシ、集光点
の温度を良好にモニタしてアニール温度を適確に制御す
ることができるレーザアニール装置を提供することをそ
の目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、レーザ光の照射によって対象物α２から生ず
るストークス光（工、）及びアンチストークス光（ＩＩ
Ｌ８）の強度全光検出手段（２６，２８）によって検出
し、検出したストークス光の強度とアンチストークス光
の強度との関係から温度検出手段（３０，２２）によっ
て対象物の集光点の温度を検出し、この温度と設定温度
とを比較して実時間でア〔実施例〕 以下、添附図面を参照しながら本発明の実施例について
説明する。まず、本実施例の理解全一層容易にするため
に、ラマン分光法についてその概要を説明する。物質に
波数ないｌ−振動数６）６の光全入射させると、その物
質にラマン活性な振動モードがあればストークス光、ア
ンチストークス光と称される光が新たに発生する。ここ
でラマン活性な振動モードの波数をωｒとすると、スト
・−ジス光の波数ωＢは、 ωＳ＝ω０　＋ωｒ（第４図（Ａ）参照）　　−−−−
−−（１）で表わされ、アンチストークス光の波数ωａ
８は、ωＩ＝ωＧ＋ωｒ（同図（Ｂ）参照）　・・・・
・・（２）となる。

これらのストークス光及びアンチストークス光の発生は
第４図に示す如くであり、それらの強度比は振動準位が
ｎ＝ＵＪとｎ　＝　１にある状態数の比となる。そして
その物質の温度が高温になればなるほどボルツマンの法
則によシ振動状態がｎ＝１にある割合が高くなる。従っ
て、ストークス光とアンチストークス光の強度比から光
の入射点の温度を測定することができる。

例えばリシコン単結晶では、ωｒ＝５１７ｃ！ｎ　のラ
マン活性な振動モードがあシ、このモードによるラマン
散乱光を測定することにより、アニールされている集光
点の温度全測定することができる。

このモードは、空間群０’（Ｆｄ：５ｍ）に属する結晶
のＦｚｇモードに属し、偏光解消している（入射光の偏
光面と垂直な偏光成分金倉む）。このため、偏光ビーム
スプリッタを使用することができ、分光器での迷光の原
因となる入射光成分（ωｏ）番かなり除くことができる
。また、この５１７ぼ　のラマン活性なバンドは、結晶
格子のバンドのため、結晶の融解が始まるまでは強度に
大きな変化かみられない。

なお、ラマン散乱光は入射光に比べて極めて微弱なため
、入射光成分（レーリー散乱光など）と同様の光強度測
定は困難である。

次に、本発明の実施例について第１図ないし第３図を参
照しながら説明する。

第１図には、本発明にかかるレーザアニール装置の一実
施例が示されている。この図において、適宜のステージ
１０上には、アニール対果である半導体ウェハ１２が保
持されている。

このウェハ１２には、レンズ１４及び偏光ビームスプリ
ッタ１６を介してレーザ光源１８によりレーザ光が集光
して照射されるようになっている。

レーザ光源１８としては、例えば波長５１４．讐のレー
ザ光を発振するアルゴンイオンレーザが用いられる。

レーザ光源１８には、電源２０が接続されており、この
電源２０には制御装置２２が接続されている。この制御
装置２２には、上述したステージ１０も接続されている
。

他方、偏光ビームスプリッタ１６のうち反射光の出力側
にはレンズ２４を介して分光器２６が配置されておシ、
この分光器２６の分光出力側には、マルチチャンネル光
検出器２８が配置されている。

そしてこのマルチチャンネル光検出器２８の出力側は、
演算器３０を介して制御装置２２に接続されている。

第２図には、マルチチャンネル光検出器２８の一例が示
されている。この図において、１ず光入射側のマスク２
８Ａには、適宜のシャドウ部分２８Ｂが設けられておｐ
ｌこれによってレーリー光が除去されるようになってい
る。次に、マスク２８Ａの下側には、光増幅を行うマル
チチャンネルプレート２８Ｃが設けられておシ、更にそ
の下側には、フォトダイオードアレイ２８Ｄが設けられ
ている。

分光器２６から出力される光は、第２図に矢印で示すよ
うに、アンチストークス光、レーリー光、ストークス光
に分光されるが、これらのうちアンチストークス光はチ
ャンネル人に入射し、ストークス光はチャンネルＤに入
射するようになっている。

第６図には、アニール対象物の温度とストークス光■８
及びアンチストークス光重ａ８　　の光量との関係の一
例が示されている。この図に示すように、例えばアニー
ル温度ｋＴｂに定めたとすると、その温度におけるスト
ークス光Ｉ８とアンチストークス光重□の強度比Ｉ　ｓ
／Ｉ　、、は盾定値となる。Ｔａは融点である。この第
６図に示す関係特性は、制御装置２２内にテーブルとし
てあらかじめ格納される。

次に上記実施例の全体的動作について説明する。

まず、レーザ光源１８によりレーザ光全偏光ビームスプ
リッタ１６及びレンズ１４を介して集光し、半導体ウェ
ハ１２上の所定位置に照射することによりアニールを行
う。

半導光ウェハ１２からの散乱光は、レンズ１４により再
び平行光となシ、偏光ビームスプリッタ１６に入射する
が、これらのうち、入射レーザ光と偏光面が垂直な成分
が反射され、レンズ２４を介して分光器２６の入射スリ
ット（図示せず）に入射する。

分光器２６では、入射光が分光され、この分光された光
が第２図に示すようにマルチチャンネル光検出器２８に
入射する。マルチチャンネル光検出器では、入射光のう
ち、アンチストークス光１ｍｌ及びストーク光重、の成
分がマイクロチャンネルプレート２８Ｃによシ強められ
てフォトダイオードプレイ２８Ｄで受光され、電気信号
に変換される。アンチストークス光ＩＩＬＩＩの強度は
チャンネルＡとＢとの出力の差として求められ、ストー
クス光重、の強度はチャンネルＣとＤとの出力の差とし
て求められる。

次に、アンチストークス光ｒａｓ及びストーク光重、の
強度に対応する電気信号は、各々演算器３０に入力され
、それらの比が算出される。そして制御装置２２では、
かかるアンチストークス光重。

及びストークス光重、の強度比から第６図に示すテーブ
ル（特性）によってレーザ光の集光点の温度Ｔが求めら
れ、あらかじめ定められた設定温度九と比較される。こ
の比較の結果、集光点温度でか設定温度Ｔｂよシも高い
ときは、レーザ光源１８のレーザ出力を絞るか、あるい
はステージ１０による半導体ウェハ１２のレーザ光に対
する走査スピードを速くするように、電源２０あるいは
ステージ１０に対して制御信号が出力される。逆の場合
には、レーザ出力を上げるか、あるいはステージ１０に
よる走査スピードを遅くするように制御信号が出力され
る◎ 以上の制御がアニール中随時行なわれ、アニール温度が
設定温度Ｔｂに良好に保持されることとなる。

なお、本発明は何ら上記実施例で限定されるものではな
く、同様の作用全奏するように設計変更可能なものであ
る。例えば、温度制御時のレーザ出力の制御と走査スピ
ードの制御は、いずれか一方のみに限らず両者を組み合
わせて行うようにしてもよい。

また制御の過程において必ず集光点の温度を求める必要
はなく、ストークス光とアンチストークス光の強度比を
求めることにより十分に温度制御を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるレーザアニール装置
によれば、アニール対象から発せられるストークス光及
びアンチストークス光という強度比がそれほど大きくな
い光音利用することとしたので、同様の受光手段音用い
ることができ、その応答速度や時定数に影響されること
なく良好に測定を行６うことかできる。

また、ストークス光とアンチストークス光の強膜化は温
度上昇に伴って連続的に変化していくため、融点付近で
急激に減少するストークス光と入射光の比を用いるより
も広範囲で有効な温度測定が可能となυ、アニール温度
の上昇を事前に防止できる等良好な温度制御が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

・第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はマルチチャンネル光検出器の一例を示す断面図、第３
図は温度とストークス光及びアンプストークス光の光量
ないし強度の関係の一例を示す線図、第４図はラマン分
光法の説明図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・ステージ、１２・・・半導体ウェハ、１６・
・・偏光ビームスプリッタ、１８・・・レーザ光源、２
０・・・電源、２２・・・制御装置、２６・・・分光器
、２８・・・マルチチャンネル光検出器、６０・・・演
算器、Ｉ５・・・ストークス光、Ｉａｌｌ・・・アンチ
ストークス光。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 ギー〔釈睡〕 ば　　Ｆ 区 寸 柑蝉（Ｈ妖→船

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対象物にレーザ光を集光して照射し、集光点のアニーリ
   ングを行うレーザアニール装置において、前記レーザ光
   の照射により対象物から生ずるラマン散乱光のうちのス
   トークス光とアンチストークス光の強度を各々検出する
   光検出手段と、検出されたストークス光の強度とアンチ
   ストークス光の強度の関係を検出する検出手段と、検出
   された関係があらかじめ設定された関係になるようにア
   ニーリング条件を制御する制御手段とを含むことを特徴
   とするレーザアニール装置。