KR20220157995A - 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법 - Google Patents

프로세스모니터 및 프로세스모니터방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220157995A
KR20220157995A KR1020227035868A KR20227035868A KR20220157995A KR 20220157995 A KR20220157995 A KR 20220157995A KR 1020227035868 A KR1020227035868 A KR 1020227035868A KR 20227035868 A KR20227035868 A KR 20227035868A KR 20220157995 A KR20220157995 A KR 20220157995A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semiconductor member
annealing
semiconductor wafer
photodetector
light receiving
Prior art date
Application number
KR1020227035868A
Other languages
English (en)
Inventor
테페이 타나카
Original Assignee
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 filed Critical 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Publication of KR20220157995A publication Critical patent/KR20220157995A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/354—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G01J5/0007—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter of wafers or semiconductor substrates, e.g. using Rapid Thermal Processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

광검출기가, 어닐링 중의 반도체부재로부터의 복사광의, 서로 상이한 복수의 파장역의 강도를 따로따로 검출한다. 처리장치가, 광검출기로 검출된 복수의 파장역의 강도에 근거하여, 어닐링에 의하여 변화하는 반도체부재에 관한 물리량을 구한다. 어닐링에 의하여 변화하는 반도체부재에 관한 물리량을, 반도체부재에 대미지를 주지 않고 계측하는 것이 가능해진다.

Description

프로세스모니터 및 프로세스모니터방법
본 발명은, 반도체부재의 어닐링에 의하여 변화하는 물리량을 구하는 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법에 관한 것이다.
종래, 도펀트가 주입되고, 활성화 어닐링된 반도체웨이퍼의 활성화상태의 면내 분포를 파악하는 방법의 일례로서, 시트저항의 측정이 행해지고 있다. 시트저항의 면내 분포로부터 도펀트의 활성화상태를 평가할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2007-81348호
시트저항의 측정에는, 일반적으로 4탐침법이 이용된다. 4탐침법에 의한 시트저항의 측정은, 어닐링 후에, 활성화 어닐링장치와는 다른 장치로 행해진다. 이 때문에, 시트저항의 측정은 오프라인작업이 되어, 수고가 든다. 또, 반도체웨이퍼에 탐침을 접촉시켜야 하기 때문에, 반도체웨이퍼가 대미지를 받는다. 또, 어닐링결과의 불량여부를 판정하기 위하여, 어닐링 중에 있어서의 반도체웨이퍼의 온도를 측정하고자 하는 요청이 있다.
본 발명의 목적은, 어닐링에 의하여 변화하는 반도체부재에 관한 물리량을, 반도체부재에 대미지를 주지 않고 계측하는 것이 가능한 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면,
어닐링 중의 반도체부재로부터의 복사광의, 서로 상이한 복수의 파장역의 강도를 따로따로 검출하는 광검출기와,
상기 광검출기로 검출된 복수의 파장역의 강도에 근거하여, 어닐링에 의하여 변화하는 상기 반도체부재에 관한 물리량을 구하는 처리장치를 갖는 프로세스모니터가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
반도체부재를 어닐링하고,
어닐링 중의 상기 반도체부재로부터의 복사광의, 서로 상이한 복수의 파장역의 강도를 따로따로 측정하며,
측정결과에 근거하여, 어닐링에 의하여 변화하는 상기 반도체부재에 관한 물리량을 구하는 프로세스모니터방법이 제공된다.
반도체부재로부터의 복사광을 검출하여, 어닐링에 의하여 변화하는 반도체부재의 물리량을 구하기 때문에, 반도체부재에 대미지를 주지 않는다. 또한, 복수의 파장역의 복사광의 강도를 따로따로 측정함으로써, 물리량의 계측정밀도를 높일 수 있다.
도 1은, 실시예에 의한 프로세스모니터를 탑재한 레이저어닐링장치의 개략도이다.
도 2의 2A는, 광검출기, 및 복사광의 경로에 배치되어 있는 광학부품의 일 구성예를 나타내는 개략도이며, 도 2의 2B는, 광검출기, 및 복사광의 경로에 배치되어 있는 광학부품의 다른 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 레이저광원으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스, 및 광검출기의 2개의 수광부의 출력신호파형의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4의 4A 및 4B는, 반도체웨이퍼에 펄스레이저빔을 입사시켰을 때의, 깊이방향의 온도분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5의 5A~5D는, 펄스레이저빔의 펄스폭을 일정하게 하고, 펄스에너지를 상이하게 한 경우의 깊이방향의 온도분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 펄스에너지에 대하여 2개의 수광부의 출력값의 일례를 플롯한 산포도를 곡선근사한 그래프이다.
도 7은, 실시예에 의한 프로세스모니터를 탑재한 레이저어닐링장치를 이용하여 반도체웨이퍼의 레이저어닐링을 행하는 수순을 나타내는 플로차트이다.
도 1~도 7을 참조하여, 실시예에 의한 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법에 대하여 설명한다.
도 1은, 실시예에 의한 프로세스모니터를 탑재한 레이저어닐링장치의 개략도이다. 이 레이저어닐링장치는, 레이저광학계(10), 챔버(30), 광검출기(20), 처리장치(40), 기억장치(41), 출력장치(42), 및 입력장치(43)를 포함한다. 프로세스모니터의 기능은, 광검출기(20) 및 처리장치(40) 등에 의하여 실현된다.
레이저광학계(10)는, 레이저광원(11), 균일화광학계(12), 및 폴딩미러(13)를 포함한다. 레이저광원(11)은, 적외역의 레이저빔을 출력한다. 레이저광원(11)으로서, 예를 들면 발진파장 808nm의 레이저다이오드를 이용할 수 있다. 균일화광학계(12)는, 레이저광원(11)으로부터 출력된 레이저빔의 빔프로파일을 균일화한다. 폴딩미러(13)는, 균일화광학계(12)를 통과한 레이저빔을 하방을 향하여 반사한다.
챔버(30)의 천판에 레이저빔을 투과시키는 윈도우(32)가 마련되어 있고, 챔버(30) 내에 스테이지(31)가 배치되어 있다. 스테이지(31) 위에, 어닐링대상물인 반도체웨이퍼(35)가 지지된다. 반도체웨이퍼(35)의 표층부에 도펀트가 주입되어 있다. 도펀트의 주입에는, 예를 들면 이온주입법이 이용된다. 어닐링 전에 있어서는, 이 도펀트는 활성화되어 있지 않다. 반도체웨이퍼(35)로서, 예를 들면 실리콘웨이퍼를 이용할 수 있다. 도펀트로서, 예를 들면 인(P), 비소(As), 보론(B) 등을 이용할 수 있다.
레이저광학계(10)로부터 출력된 레이저빔이, 다이크로익미러(25) 및 윈도우(32)를 투과하여, 스테이지(31)에 지지된 반도체웨이퍼(35)에 입사된다. 레이저빔의 경로에, 필요에 따라 미러, 렌즈 등을 배치해도 된다. 반도체웨이퍼(35)의 표면에 있어서의 레이저빔의 빔스폿은 한 방향으로 긴 장척형상을 가지며, 예를 들면 길이가 약 3mm~5mm, 폭이 약 0.1mm~0.3mm이다. 반도체웨이퍼(35)에 레이저빔이 입사됨으로써, 빔스폿의 위치에 있어서, 반도체웨이퍼(35)의 표층부가 가열된다. 스테이지(31)는, 처리장치(40)에 의하여 제어되고, 반도체웨이퍼(35)를, 그 표면에 평행한 두 방향으로 이동시킨다. 반도체웨이퍼(35)의 표면 상에서, 빔스폿을, 그 폭방향으로 주사하고 길이방향으로 부주사(副走査)함으로써, 반도체웨이퍼(35)의 상면의 대략 전역을 레이저어닐링할 수 있다.
레이저빔이 반도체웨이퍼(35)에 입사되면, 입사위치의 표층부가 가열됨으로써, 도펀트가 활성화된다. 가열된 부분으로부터 복사광이 방사된다. 반도체웨이퍼(35)로부터 방사된 복사광의 일부는, 다이크로익미러(25)에서 반사되어 광검출기(20)에 입사된다. 다이크로익미러(25)는, 예를 들면 1μm 보다 짧은 파장역의 광을 투과시키고, 1μm 보다 긴 파장역의 광을 반사한다. 반도체웨이퍼(35)로부터 광검출기(20)까지의 복사광의 경로에, 필요에 따라 렌즈, 광학 필터 등을 배치해도 된다. 광검출기(20) 및 복사광의 경로 상의 광학부품에 대해서는, 이후에 도 2의 2A, 도 2의 2B를 참조하여 설명한다.
처리장치(40)는, 펄스레이저빔의 각 숏에 동기하여, 광검출기(20)로부터 출력된 검출신호를 취득한다. 또한, 취득된 검출신호의 크기(출력값)를, 반도체웨이퍼(35)의 면내의 위치와 관련지어 기억장치(41)에 기억시킨다. 일례로서, 펄스레이저빔의 1숏마다, 복사광의 강도의 시간변화에 대응하여 출력값의 시간파형이 얻어진다. 기억장치(41)에 축적되는 출력값은, 예를 들면, 펄스레이저빔의 1숏마다의 시간파형의 피크값이다.
프로세스모니터 및 레이저어닐링장치의 동작을 지령하기 위한 다양한 커맨드나 데이터가, 입력장치(43)를 통하여 처리장치(40)에 입력된다. 처리장치(40)는, 프로세스모니터에 의한 모니터결과를 출력장치(42)에 출력한다.
도 2의 2A는, 광검출기(20), 및 복사광의 경로에 배치되어 있는 광학부품의 일 구성예를 나타내는 개략도이다. 반도체웨이퍼(35)의 표면에 입사된 펄스레이저빔의 빔스폿(37)에 대응하는 영역으로부터 복사광이 방사된다. 방사된 복사광은, 2매의 렌즈(26)를 통하여 광검출기(20)에 입사된다. 예를 들면, 2매의 렌즈(26) 중 일방은, 다이크로익미러(25)(도 1)와 반도체웨이퍼(35)의 사이에 배치되고, 타방은, 다이크로익미러(25)와 광검출기(20)의 사이에 배치된다. 2매의 렌즈(26)는, 반도체웨이퍼(35)의 표면 상의 빔스폿(37)을, 광검출기(20)가 배치된 위치에 결상시키는 결상광학계를 구성한다. 즉, 반도체웨이퍼(35)의 표면과 광검출기(20)의 수광면은, 물면(物面)과 상면(像面)의 관계를 갖는다.
광검출기(20)는, 복사광의 강도를 따로따로 검출하는 2개의 수광부(21)를 포함한다. 2개의 수광부(21)는, 빔스폿(37)의 이미지(38)의 길이방향에 관하여 상이한 위치에 배치되어 있다. 2개의 수광부(21)는, 각각 피크감도(感度)파장이 서로 상이한 광센서(22)를 포함한다. 광센서(22)의 각각은, 적외의 파장역에 감도를 갖고, 입사되는 복사광의 강도에 따른 크기의 신호(전압)를 출력한다. 2개의 광센서(22)로부터 출력된 신호가 처리장치(40)에 입력된다.
도 2의 2B는, 광검출기(20), 및 복사광의 경로에 배치되어 있는 광학부품의 다른 구성예를 나타내는 개략도이다. 도 2의 2A에 나타낸 구성예에서는, 2개의 수광부(21)가, 각각 피크감도파장이 상이한 광센서(22)를 포함한다. 이에 대하여 도 2의 2B에 나타낸 구성예에서는, 2개의 수광부(21)가, 각각 분광감도특성이 동일한 광센서(22)와, 통과파장역이 상이한 밴드패스필터(23)를 포함한다. 밴드패스필터(23)를 투과한 복사광이 광센서(22)에 입사된다. 이 때문에, 2개의 수광부(21)의 피크감도파장이 상이하게 된다.
도 3은, 레이저광원(11)으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스, 및 광검출기(20)의 2개의 수광부(21)의 출력신호파형의 일례를 나타내는 그래프이다. 시각 t1에 있어서 레이저펄스가 상승되면, 반도체웨이퍼(35)의 표층부의 온도상승에 대응하여 수광부(21)의 출력값이 서서히 상승한다. 시각 t2에 있어서 레이저펄스가 하강되면, 반도체웨이퍼(35)의 표층부의 온도저하에 대응하여 수광부(21)의 출력값이 서서히 저하한다. 시각 t1부터 t2까지의 레이저펄스에 의한 수광부(21)의 출력의 피크강도 Vp가, 수광부(21)마다 기억장치(41)에 축적된다. 통상, 이 피크강도 Vp는, 2개의 수광부(21)의 사이에서 상이하다.
다음으로, 도 4의 4A~도 5의 5D를 참조하여 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.
도 4의 4A 및 4B는, 반도체웨이퍼(35)에 펄스레이저빔을 입사시켰을 때의, 레이저펄스종료시점에 있어서의 깊이방향의 온도분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 4의 4A 및 4B의 그래프의 가로축은, 반도체웨이퍼(35)의 표면으로부터의 깊이를 나타내고, 세로축은, 온도를 나타낸다. 도 4의 4A 및 4B의 실선 및 파선은, 각각 펄스에너지가 동일하고 펄스폭이 상대적으로 긴 레이저펄스, 및 상대적으로 짧은 레이저펄스를 입사시켰을 때의 온도분포를 나타낸다.
펄스에너지가 동일한 경우, 펄스폭이 짧아질수록 피크파워가 커진다. 이 때문에, 펄스폭이 짧을 때의 최표면(깊이 제로의 위치)의 온도 TS는, 펄스폭이 길 때의 최표면의 온도 TL보다 높아진다. 펄스폭이 길어지면, 레이저펄스가 입사되고 있는 기간 중에 깊이방향으로 전도되는 열량이 커진다. 반대로, 펄스폭이 짧아지면, 레이저펄스가 입사되고 있는 기간 중에 깊이방향으로 전도되는 열량이 작아진다. 펄스폭에 관계없이 표면으로부터의 깊이가 깊어질수록 온도는 저하하지만, 펄스폭이 짧을수록 깊이방향으로 전도되는 열량이 작아지기 때문에, 온도의 저하의 정도는, 펄스폭이 짧을 때의 편이 크다. 이 때문에, 소정 깊이 Da보다 깊은 영역에서는, 펄스폭이 길 때의 온도가 짧을 때의 온도보다 높아진다.
최표면으로부터 방사된 복사광은, 반도체웨이퍼(35)로 흡수되지 않고, 광검출기(20)까지 도달한다. 이에 대하여, 깊은 영역으로부터 방사된 복사광의 일부는, 광검출기(20)에 도달하기까지, 반도체웨이퍼(35) 자체에 의하여 흡수된다. 흡수되는 양은, 반도체웨이퍼(35)의 흡수계수에 의존한다. 이 흡수계수는 파장에 의존한다. 흡수계수가 큰 파장역의 복사광은, 반도체웨이퍼(35)의 깊은 영역으로부터 외부까지 방사되기 어렵다.
이하의 설명에서는, 복사광의 흡수현상을 단순화하여, 일방의 수광부(21)는, 깊이 D1보다 얕은 영역으로부터 방사된 복사광을 검출하고, 타방의 수광부(21)는, 깊이 D2(D2<D1)보다 얕은 영역으로부터 방사된 복사광을 검출한다고 가정한다.
일방의 수광부(21)의 검출값은, 도 4의 4A에 나타내는 바와 같이, 깊이 D1보다 얕은 영역의 해칭을 넣은 부분의 면적에 대응하여 변화한다. 타방의 수광부(21)의 검출값은, 도 4의 4B에 나타내는 바와 같이, 깊이 D2보다 얕은 영역의 해칭을 넣은 부분의 면적에 대응하여 변화한다.
도 4의 4A에 나타낸 예에서는, 깊이가 Da보다 얕은 영역에 있어서, 펄스폭이 짧을 때의 온도분포의 면적이, 펄스폭이 길 때의 온도분포의 면적보다 크며, 그 차는 A이다. 깊이가 Da부터 D1까지의 영역에 있어서는, 그 반대로, 펄스폭이 길 때의 온도분포의 면적이, 펄스폭이 짧을 때의 온도분포의 면적보다 크며, 그 차는 B이다. 면적 A와 면적 B가 동일한 경우, 펄스폭이 길 때의 온도분포의 그래프의 면적 S11과, 펄스폭이 짧을 때의 온도분포의 그래프의 면적 S12가 대략 동일하다. 이 때문에, 깊이가 D1보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)의 검출값만으로는, 도 4의 4A의 실선의 온도분포와 파선의 온도분포를 구별할 수 없다. 이 때문에, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 최고도달온도를 양호한 정밀도로 구하는 것이 곤란하다.
이에 대하여, 도 4의 4B에 나타낸 예에서는, 깊이가 Da부터 D2까지의 영역에 있어서, 펄스폭이 길 때의 온도분포의 면적이, 펄스폭이 짧을 때의 온도분포의 면적보다 크며, 그 차는 C이다. 면적 C는 면적 A보다 작다. 이 때문에, 펄스폭이 길 때의 온도분포의 그래프의 면적 S21이, 펄스폭이 짧을 때의 온도분포의 그래프의 면적 S22보다 작다. 면적 S21과 면적 S22가 상이하기 때문에, 깊이가 D2보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)의 검출값에 근거하여, 도 4의 4B의 실선의 온도분포와 파선의 온도분포를 구별하는 것이 가능하다.
본 실시예와 같이, 2개의 수광부(21)로, 상이한 파장역의 복사광의 강도를 따로따로 측정함으로써, 깊이방향의 온도분포가 상이한 경우의 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 온도를, 보다 정확하게 계측하는 것이 가능해진다.
도 5의 5A~5D는, 펄스레이저빔의 펄스폭을 일정하게 하고, 펄스에너지를 상이하게 한 경우의 깊이방향의 온도분포를 나타내는 그래프이다. 도 5의 5A~5D의 그래프의 가로축은 반도체웨이퍼(35)의 표면으로부터의 깊이를 나타내고, 세로축은 온도를 나타낸다.
도 5의 5A 및 도 5의 5B는, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 온도가 융점을 초과하지 않는 펄스에너지 E1, E2(E1<E2)의 조건에서 펄스레이저빔을 1숏 입사시켰을 때의 온도분포를 나타낸다. 최표면에 있어서의 온도가 가장 높고, 깊어짐에 따라 온도가 낮아진다. 펄스에너지가 E1에서 E2로 커지면, 반도체웨이퍼(35)의 각 깊이에 있어서의 온도는 상승하지만, 온도분포의 형상은 대략 유지되어 있다.
깊이가 D1보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)로부터 출력되는 신호의 피크강도 Vp(도 3)는, 펄스에너지 E1일 때에 면적 S11(도 5의 5A)에 상당하는 크기가 되고, 펄스에너지 E2일 때에 면적 S11(도 5의 5A)과 증분 ΔS11(도 5의 5A)의 합에 상당하는 크기가 된다. 깊이가 D2보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)로부터 출력되는 신호의 피크강도 Vp(도 3)는, 펄스에너지 E1일 때에 면적 S21(도 5의 5B)에 상당하는 크기가 되고, 펄스에너지 E2일 때에 면적 S21(도 5의 5B)과 증분 ΔS21(도 5의 5B)의 합에 상당하는 크기가 된다.
도 5의 5C 및 5D는, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 온도가 융점 이상이 되는 펄스에너지 E3, E4(E3<E4)의 조건에서 펄스레이저빔을 1숏 입사시켰을 때의 온도분포를 나타낸다. 펄스에너지가 E3의 조건에서, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 온도가 융점에 도달한다. 펄스에너지가 E4의 조건에서는, 반도체웨이퍼(35)의 표층부가 용융된다. 반도체웨이퍼(35)의 표층부의 용융이 시작되면, 최표면의 온도는 대략 융점에 고정된다. 이 때문에, 펄스에너지가 E3일 때와 E4일 때, 최표면의 온도는 대략 동일하다. 용융되고 있지 않은 깊은 영역의 온도는, 펄스에너지의 증대와 함께 상승하기 때문에, 펄스에너지가 E4일 때의 온도가, 펄스에너지가 E3일 때의 온도보다 높다.
깊이가 D1보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)로부터 출력되는 신호의 피크강도 Vp(도 3)는, 펄스에너지 E3일 때에 면적 S11(도 5의 5C)에 상당하는 크기가 되고, 펄스에너지 E4일 때에 면적 S11(도 5의 5C)과 증분 ΔS11(도 5의 5C)의 합에 상당하는 크기가 된다. 깊이가 D2보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)로부터 출력되는 신호의 피크강도 Vp(도 3)는, 펄스에너지 E3일 때에 면적 S21(도 5의 5D)에 상당하는 크기가 되고, 펄스에너지 E4일 때에 면적 S21(도 5의 5D)과 증분 ΔS21(도 5의 5D)의 합에 상당하는 크기가 된다. 다만, 여기에서는, 단순화를 위하여, 용융상태의 반도체로부터의 복사율과 고체상태의 반도체로부터의 복사율의 차이를 고려하고 있지 않다.
반도체웨이퍼(35)의 최표면의 용융이 시작되면, 펄스에너지를 증가시켜도 최표면의 온도는 거의 상승하지 않기 때문에, 면적 S11에 대한 증분 ΔS11의 비율(도 5의 5C), 및 면적 S21에 대한 증분 ΔS21의 비율(도 5의 5D)은, 용융되지 않는 경우의 비율(도 5의 5A, 도 5의 5B)보다 작아진다. 즉, 펄스에너지의 증가분에 대한 수광부(21)의 출력값의 변화의 기울기가 완만해진다. 이 기울기가 완만해지기 시작할 때의 펄스에너지가, 용융개시의 에너지조건이라고 생각할 수 있다. 반도체웨이퍼(35)를 용융시키지 않는 조건에서, 가능한 한 높은 온도로 어닐링하기 위하여, 이 용융개시의 에너지조건을 양호한 정밀도로 찾아내는 것이 바람직하다.
도 6은, 펄스에너지에 대하여 2개의 수광부(21)의 출력값을 플롯한 산포도를 곡선근사한 그래프이다. 깊이가 D1, D2보다 얕은 영역으로부터의 복사광을 검출하는 수광부(21)의 검출값을, 각각 굵은 곡선 D1 및 가는 곡선 D2로 나타낸다.
도 6에 나타낸 산포도에 있어서, 펄스에너지가 E1의 조건에서 용융이 시작된다고 한다. 용융이 시작된 조건의 근방에서 그래프의 기울기가 변화하지만, 명확한 절곡점은 나타나지 않는다. 이 때문에, 1개의 수광부(21)의 측정결과로부터, 용융이 개시하는 조건을 양호한 정밀도로 찾아내는 것은 곤란하다.
용융개시 후에 있어서, 면적 S11(도 5의 5C), S21(도 5의 5D)에 대한 증분 ΔS11(도 5의 5C), ΔS21(도 5의 5D)의 비는, 각각 용융개시 전에 있어서의 면적 S11(도 5의 5A), S21(도 5의 5B)에 대한 증분 ΔS11(도 5의 5A), ΔS21(도 5의 5B)의 비보다 작아져 있다. 이 때문에, 펄스에너지가 E1을 초과하면 그래프의 기울기가 완만해진다. 단, 면적 S21에 대한 증분 ΔS21의 비가 작아지는 정도의 편이, 면적 S11에 대한 증분 ΔS11의 비가 작아지는 정도보다 크다. 이것은, 깊이 D2보다 얕은 영역에 있어서, 온도상승이 억제되어 있기 때문이다. 이 때문에, 도 6에 나타낸 그래프에 있어서, 펄스에너지가 E1을 초과한 시점에서 그래프의 기울기가 완만해지는 정도는, 곡선 D2의 편이 곡선 D1보다 크다.
곡선 D1과 곡선 D2에서 기울기가 완만해지는 정도가 상이하기 때문에, 펄스에너지를 변화시켰을 때의 2개의 수광부(21)의 출력값의 변화를 대비시킴으로써, 용융개시의 조건을 충족시키는 펄스에너지, 및 그 때의 수광부(21)의 출력값을, 보다 양호한 정밀도로 특정할 수 있다. 예를 들면, 펄스에너지에 대하여 곡선 D1로 나타나는 값과 곡선 D2로 나타나는 값의 차와, 펄스에너지의 관계로부터, 용융개시시점의 펄스에너지 E1을, 보다 양호한 정밀도로 특정할 수 있다.
용융개시의 조건을 충족시키는 펄스에너지, 및 그 때의 수광부(21)의 출력값의 특정 정밀도를 높이기 위하여, 2개의 수광부(21)의 피크감도파장에 있어서의 반도체웨이퍼(35)의 흡수계수의 차를 크게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 큰 편의 흡수계수가 작은 편의 흡수계수의 2배 이상이 되는 조건을 충족시키도록, 2개의 수광부(21)의 피크감도파장을 설정하면 된다.
반도체웨이퍼(35)가 실리콘인 경우, 최표면의 온도정보를 판독하기 위하여, 일방의 수광부(21)의 피크감도파장을, 실리콘에 있어서 투명하지 않은 파장, 예를 들면 1μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 파장 400nm 이상 800nm 이하의 가시광의 파장역, 또는 파장 900nm 정도의 근적외선의 파장역으로 하는 것이 바람직하다.
도 7은, 실시예에 의한 프로세스모니터를 탑재한 레이저어닐링장치를 이용하여 반도체웨이퍼(35)의 레이저어닐링을 행하는 수순을 나타내는 플로차트이다.
먼저, 도펀트가 주입된 반도체웨이퍼(35)(도 1)를 스테이지(31)(도 1)에 지지시킨다(스텝 S1). 이 수순은, 예를 들면 로봇암 등에 의하여 행해진다. 스테이지(31)는, 예를 들면 진공척에 의하여 반도체웨이퍼(35)를 고정한다.
반도체웨이퍼(35)를 스테이지(31)에 지지시킨 후, 레이저광원(11)으로부터의 펄스레이저빔의 출력 및 스테이지(31)의 이동을 개시한다(스텝 S2). 펄스레이저빔에 의한 반도체웨이퍼(35)의 주사 중에, 반도체웨이퍼(35)로부터의 복사광의 강도를 광검출기(20)로 측정한다(스텝 S3). 예를 들면, 처리장치(40)가, 광검출기(20)의 출력값을 취득한다.
처리장치(40)는, 레이저빔이 입사되고 있는 반도체웨이퍼(35)의 면내의 위치와, 광검출기(20)의 출력값을 관련지어, 기억장치(41)에 보존한다(스텝 S4). 스텝 S3 및 스텝 S4의 처리를, 반도체웨이퍼(35)의 표면의 대략 전역이 어닐링될 때까지 반복한다(스텝 S5).
반도체웨이퍼(35)의 표면의 대략 전역의 어닐링이 종료되면, 처리장치(40)는 광검출기(20)의 출력값에 근거하여 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 도달온도를 산출한다(스텝 S6). 예를 들면, 2개의 수광부(21)의 출력값과, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 도달온도의 관계가 미리 구해져 있어, 기억장치(41)에 기억되어 있다. 처리장치(40)는, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 도달온도의 산출값을, 반도체웨이퍼(35)의 면내의 위치와 관련지어 출력장치(42)(도 1)에 출력한다. 예를 들면, 반도체웨이퍼(35)의 면내에 있어서의 도달온도의 분포를 도형으로서 표시시키면 된다.
상기 실시예에 의한 프로세스모니터를 이용함으로써, 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 도달온도를, 보다 고정밀도로 구할 수 있다. 이로써, 반도체웨이퍼(35)의 최표면이 용융되었는지 아닌지를 고정밀도로 판정할 수 있다.
다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는, 광검출기(20)에 포함되는 수광부(21)(도 2의 2A, 도 2의 2B)의 개수를 2개로 하고 있지만, 광검출기(20)가 3개 이상의 복수의 수광부(21)를 포함하도록 해도 된다. 피크감도파장이 상이한 3개 이상의 수광부(21)를 배치함으로써, 광검출기(20)는, 3개 이상의 복수의 파장역의 복사광의 강도를 측정할 수 있다. 이로써, 용융개시의 조건을 충족시키는 펄스에너지, 및 그 때의 수광부(21)의 출력값의 특정 정밀도를 높일 수 있다.
상기 실시예에서는, 광검출기(20)의 측정결과에 근거하여 반도체웨이퍼(35)의 최표면의 도달온도를 구하고 있지만, 어닐링에 의하여 변화하는 반도체웨이퍼(35)에 관한 다른 물리량을 구하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도펀트의 활성화율, 시트저항 등과, 광검출기(20)의 측정결과의 관계를 미리 구해둠으로써, 광검출기(20)의 측정결과에 근거하여 이들의 물리량을 구할 수 있다.
상기 실시예에서는 반도체웨이퍼를 어닐링대상으로 하고 있지만, 반도체웨이퍼 이외의 반도체부재를 어닐링대상으로 하는 경우에도, 실시예에 의한 프로세스모니터를 이용할 수 있다. 또, 상기 실시예에서는, 반도체웨이퍼의 어닐링방법으로서 레이저어닐링을 적용하고 있지만, 그 외의 어닐링방법을 적용해도 된다. 예를 들면, 램프어닐링, 퍼니스어닐링 등을 적용해도 된다. 다만, 깊이방향으로 온도분포가 발생하는 바와 같은 방법으로 어닐링을 행하는 경우에, 상기 실시예에 의한 프로세스모니터를 이용함으로써 특히 우수한 효과가 얻어진다.
상기 실시예는 예시이며, 실시예 및 변형예로 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 실시예 및 변형예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예 및 변형예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
10 레이저광학계
11 레이저광원
12 균일화광학계
13 폴딩미러
20 광검출기
21 수광부
22 광센서
23 밴드패스필터
25 다이크로익미러
26 렌즈
30 챔버
31 스테이지
32 윈도
35 반도체웨이퍼
37 빔스폿
38 빔스폿의 이미지
40 처리장치
41 기억장치
42 출력장치
43 입력장치

Claims (7)

  1. 어닐링 중의 반도체부재로부터의 복사광의, 서로 상이한 복수의 파장역의 강도를 따로따로 검출하는 광검출기와,
    상기 광검출기로 검출된 복수의 파장역의 강도에 근거하여, 어닐링에 의하여 변화하는 상기 반도체부재에 관한 물리량을 구하는 처리장치를 갖는 프로세스모니터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광검출기는, 레이저빔의 입사에 의하여 표층부가 가열되고 있는 상기 반도체부재로부터의 복사광을 검출하고,
    상기 처리장치는, 어닐링에 의하여 변화하는 상기 반도체부재에 관한 물리량으로서, 상기 반도체부재의 최표면의 도달온도를 구하는 프로세스모니터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체부재의 표면에 있어서의 레이저빔의 빔스폿은 한 방향으로 긴 장척형상을 갖고,
    상기 광검출기는, 복수의 파장역의 복사광의 강도를 따로따로 검출하는 복수의 수광부를 포함하며,
    상기 반도체부재의 표면을 결상시키는 결상광학계를 더 갖고,
    상기 복수의 수광부는, 상기 반도체부재의 표면 상의 빔스폿의, 상기 결상광학계에 의한 이미지의 길이방향에 관하여 상이한 위치에 배치되어 있는 프로세스모니터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 수광부는, 각각 피크감도파장이 상이한 광센서를 포함하는 프로세스모니터.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 수광부는, 각각 분광감도특성이 동일한 광센서와, 통과파장역이 상이한 밴드패스필터를 포함하고, 상기 밴드패스필터를 투과한 복사광이 상기 광센서에 입사되는 프로세스모니터.
  6. 반도체부재를 어닐링하고,
    어닐링 중의 상기 반도체부재로부터의 복사광의, 서로 상이한 복수의 파장역의 강도를 따로따로 측정하며,
    측정결과에 근거하여, 어닐링에 의하여 변화하는 상기 반도체부재에 관한 물리량을 구하는 프로세스모니터방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체부재의 어닐링은, 상기 반도체부재에 레이저빔을 입사시킴으로써 행하고,
    상기 반도체부재에 관한 물리량으로서, 상기 반도체부재의 최표면의 도달온도를 구하는 프로세스모니터방법.
KR1020227035868A 2020-03-24 2021-02-25 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법 KR20220157995A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020052662 2020-03-24
JPJP-P-2020-052662 2020-03-24
PCT/JP2021/007107 WO2021192801A1 (ja) 2020-03-24 2021-02-25 プロセスモニタ及びプロセスモニタ方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220157995A true KR20220157995A (ko) 2022-11-29

Family

ID=77891655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227035868A KR20220157995A (ko) 2020-03-24 2021-02-25 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230011199A1 (ko)
EP (1) EP4131340A4 (ko)
JP (1) JPWO2021192801A1 (ko)
KR (1) KR20220157995A (ko)
CN (1) CN115298802A (ko)
WO (1) WO2021192801A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081348A (ja) 2005-09-16 2007-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱処理温度の調整方法、基板熱処理方法、及び基板熱処理装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60131430A (ja) * 1983-12-19 1985-07-13 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 半導体基板の温度測定装置
US5061084A (en) * 1988-04-27 1991-10-29 Ag Processing Technologies, Inc. Pyrometer apparatus and method
JP2003318121A (ja) * 2002-04-26 2003-11-07 Trecenti Technologies Inc 半導体装置の製造方法
JP5006560B2 (ja) * 2006-03-27 2012-08-22 大阪瓦斯株式会社 温度検出方法、温度検出装置及び温度検出装置を備えた加熱調理器
US7398693B2 (en) * 2006-03-30 2008-07-15 Applied Materials, Inc. Adaptive control method for rapid thermal processing of a substrate
JP5507102B2 (ja) * 2009-03-19 2014-05-28 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置および熱処理方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081348A (ja) 2005-09-16 2007-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱処理温度の調整方法、基板熱処理方法、及び基板熱処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230011199A1 (en) 2023-01-12
EP4131340A4 (en) 2023-10-25
WO2021192801A1 (ja) 2021-09-30
CN115298802A (zh) 2022-11-04
EP4131340A1 (en) 2023-02-08
JPWO2021192801A1 (ko) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5105903B2 (ja) レーザアニール装置及びアニール方法
US6191392B1 (en) Method of measuring electromagnetic radiation
US20140314121A1 (en) Optical non-destructive inspection apparatus and optical non-destructive inspection method
US20140321498A1 (en) Optical non-destructive inspection apparatus and optical non-destructive inspection method
US20210287921A1 (en) Annealing device and annealing method
CN104752267B (zh) 一种激光退火装置及方法
US20140339429A1 (en) Optical non-destructive inspection method and optical non-destructive inspection apparatus
JP6452564B2 (ja) レーザアニール装置及びレーザアニール方法
EP2796857A1 (en) Optical non-destructive inspection apparatus and optical non-destructive inspection method
CN108022853B (zh) 激光退火装置
KR20220157995A (ko) 프로세스모니터 및 프로세스모니터방법
KR102337481B1 (ko) 척플레이트, 어닐링장치, 및 어닐링방법
JP6727724B2 (ja) ウエハ位置計測装置及びウエハ位置計測方法
CN106353282B (zh) 微区反射率测试系统及其测试方法
CN109613048B (zh) 一种研究高压下样品相变的方法
JP6957099B2 (ja) レーザアニール装置及びシート抵抗算出装置
JP2017162961A (ja) レーザ加工装置
JP6976658B2 (ja) チャックプレート及びアニール装置
KR102258055B1 (ko) 레이저 어닐링 장비의 온도 모니터링 시스템
CN109406562B (zh) 一种研究高压下样品相变的装置
JPH05507356A (ja) 物体の温度測定方法及び装置並びに加熱方法
KR20210147009A (ko) 비접촉 온도 센서
Sotnikova et al. High-sensitivity temperature sensor with calibration against temperature of а real object