JPH0230798B2 - - Google Patents

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JPH0230798B2
JPH0230798B2 JP62161213A JP16121387A JPH0230798B2 JP H0230798 B2 JPH0230798 B2 JP H0230798B2 JP 62161213 A JP62161213 A JP 62161213A JP 16121387 A JP16121387 A JP 16121387A JP H0230798 B2 JPH0230798 B2 JP H0230798B2
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JP
Japan
Prior art keywords
laser
sample
processing
speed camera
shape
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP62161213A
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English (en)
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JPS647612A (en
Inventor
Atsushi Ogura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP62161213A priority Critical patent/JPS647612A/ja
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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置等の製造過程において、
レーザ光を用いて試料の加工を行う際に用いるレ
ーザアニール装置に関するものである。
(従来の技術) 従来レーザ光を用いて試料を加工するレーザア
ニール装置は、例えばアプライド・フイジクス・
レターズ、41巻、346ページ(1982年)にある様
に、絶縁膜上に単結晶半導体膜を形成する技術
(SOI技術)に用いられている。これらの装置で
は、主に加工される試料上に効率よく、制御され
た形状のレーザ光を照射する事に重点がおかれ、
観察系は照射前の位置合せ、あるいは照射後の形
状の確認のためのみに適用可能な簡単なものが使
用されていた。
具体的には、通常の光学顕微鏡に用いられてい
る様なハロゲンランプ等を使つた照明光を用い、
通常のテレビカメラでモニタ上に試料の像を観察
するといつたものであつた。
(発明が解決しようとする問題点) この様な従来のレーザアニール装置では、前述
の様にレーザ光照射前の試料の位置合せ、照射後
の試料形状の確認は可能であるが、照射中の試料
形状の観察は不可能であつた。それは、通常レー
ザ光による試料の加工は瞬間のできごとであり、
また加工に用いるレーザ光はせいぜい100μm〜10
mm程と小さいため、レーザ光または加工される試
料を高速で走査する事による。
ところで、本発明者らが前述のSOI技術に関し
て詳細に検討したところ、加工中の試料形状と加
工後の試料の結晶性は密接に関係することが予想
される。従つてレーザアニール中の試料形状を観
察する事が望まれる。
そのため、加工中の試料形状を観察するのには
高速カメラでの観察が望まれる。例えば、前述の
SOI技術において、レーザ光を10mm/秒で走査し
た場合、5μm毎に試料形状を確認するためには
2000コマ/秒の高速カメラでの観察が不要とな
る。
ところが従来のレーザアニール装置では照明光
の照度が足りず、100コマ/秒程度の観察しかで
きない。従来用いられていた様な光学顕微鏡用の
ハロゲンランプを用いると、現在入手可能な最大
パワーである150Wのものを用いても、指向性が
悪いためその一部しか有効に利用する事ができ
ず、また試料からの距離が離れるに従つて減衰が
見られる。これは、光フアイバーやコーテイング
レンズを用いて若干の改善が見られるが、せいぜ
い100コマ/秒の観察が可能となる程度の明るさ
である。また、ハロゲンランプは多数の波長から
なる白色光であるため、フイルター、レンズ等に
よる損失も大きい。
本発明の目的は加工中の試料形状を従来よりは
るかに高速のカメラで観察することを可能とする
レーザアニール装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、一方は試料加工用、他方は照
明光として用いられる異なる波長の2つのレーザ
を有し、その2つのレーザが加工されるべき試料
に照射され、該試料表面で反射された上記2つの
レーザ光のうち、試料加工用のレーザの波長の光
のみフイルターでカツトされ、照明光としてのレ
ーザ光のみを、高速カメラで観察できる光学的配
置を有する事を特徴とするレーザアニール装置が
得られる。
(作 用) 以下本発明のレーザアニール装置によつて、高
速カメラによつて加工中の試料形状を直接観察す
る事ができる理由を述べる。
レーザ光を照明として用いるとその単一指向性
から必要な領域のみ効率よく照明する事が可能と
なり、ハロゲンランプ等に比べてはるかに明るい
照明光となり、1000コマ/秒以上の高速カメラに
よる観察が可能となる。また、その単色性によ
り、適当なフイルターや適当なコーテイングを施
したレンズ等を用いる事により、ほとんど損失な
く遠方から試料を照明する事ができる。
実施例 1 以下本発明の実施例のひとつについて図面を参
照して詳細に説明する。
第1図は、本実施例で用いたレーザアニール装
置の光学系を示す系統図である。試料加工用には
最大出力18W、発振波長457.9〜514.5nmのマルチ
ラインンの連続発振Arレーザ10を、照明用と
しては出力25mW、波長632.8nmの連続発振He−
Neレーザ20を用いた。
これらの2つのレーザ光は、それぞれ異なるハ
ーフミラー30,40によつて、同じ軸を通つて
対物レンズ50を通り、加工されるべき試料60
に照射される。この際、Arレーザの直径は試料
表面で約10〜200μm、Ee−Neレーザの直径はAr
レーザ照射領域以外の領域も鮮明にできる様に、
Arレーザの直径より大きく500μm〜2mmとした。
試料表面で反射した2つのレーザ光の内、ゼラチ
ンフイルター70を用いて、Arレーザの光のみ
カツトした。この事によつてArレーザの乱反射
に邪魔される事なく、Arレーザによつて加工さ
れている領域とその周辺を均等に観察する事が可
能となる。さらに、高速カメラ80で試料を観察
する構成となつている。
次に、このレーザアニール装置を用いて、実際
に前述のSOI技術への応用を行つた。SOI作製用
の試料は表面を厚さ1μm熱酸化したSi基板上に基
板温度620℃のLPCVD法で多結晶シリコン膜を
厚さ0.5μm堆積した。さらに厚さ0.06μmのシリコ
ン窒化膜を堆積し、ピツチを15μm、ストライプ
幅を5μmに通常のフオトリソグラフイー技術で形
成した。次に、前述のレーザアニール装置を用い
て、ストライプに平行な方向に基板温度300℃〜
500℃、走査速度10〜20mm/sec、レーザパワー8
〜15Wでレーザ光を走査し、高速カメラによるそ
の場観察を行い、さらにシリコン窒化膜をHFで
除去した後セコエツチングを行い結晶性を評価し
た。
第2図は、2000コマ/秒の高速カメラで観察さ
れた試料形状とセコエツチング後の試料との相関
関数を示す模式図である。第2図は2本のシリコ
ン窒化膜110の間の状態のみをスケツチしたも
のである。高速カメラでの観察によれば、加工中
の試料形状は大部分の場合第2図Aに示した様に
多結晶シリコン120と溶融シリコン130の固
液界面140はなめらかなくぼんだ曲線からな
る。この様な場合にはセコエツチング後の資料も
第2図Bに示すように、結晶性が良好である事を
反映してシリコン窒化膜が存在した領域の結晶粒
界150を除いて何にも見られなかつた。また高
速カメラによる観察では時々第2図Cに示した様
に、固液界面240が直線状になる事があつた。
この場合、第2図Dに見られる様にセコエツチン
グ後の試料に結晶欠陥を示す模様170が存在
し、結晶性が悪化した事が判別された。
この様に本発明のレーザアニール装置を用いる
事によつて、加工中の試料形状と結晶性の関係が
明らかになり、SOI技術の向上に有意な情報が得
られた。また従来のハロゲンランプを照明光とし
て用いたレーザアニール装置でも同様の実験を試
みたが、固液界面の観察はできなかつた。
実施例 2 本発明1のHe−Neレーザの代りに、パルス発
振の銅蒸気レーザを用い、この銅蒸気レーザと高
速カメラを同期させた装置を用いて実施例1と同
様のSOI形成の実験を行つた。すなわち、高速カ
メラの2000コマ/秒に対して、銅蒸気レーザを
2000回/秒で発振させ(2KHz)、その1パルス毎
に1コマの撮影を行つた。この方法では実施例1
に比べて、照明光のパワーを無駄なく生かす事が
でき、レーザパワーに余裕が得られ、実施例1の
連続発振の場合に比べて、出力の小さいレーザで
同様の効果が得られる。また、同等のパワーのレ
ーザを用いればより明るく、あるいはデイフユー
ザ等を用いればより高品質な像の撮影が可能とな
る。
本実施例1、2では、試料加工用のレーザとし
てArレーザを用いたが、YAGレーザ、CO2レー
ザ等の他のレーザを用いてもよい。また照明用の
レーザにも、試料加工用のレーザと異なる波長を
有すれば他のレーザを用いても良い。
(別の実施例) 実施例1,2ではいずれもArレーザと照明用
のレーザを同一の軸でしかもレンズで集光して用
いたが、これはArレーザの走査に追従して照明
を行うためである。したがつて、レーザ走査を必
要としない場合、あるいは基板を走査する場合に
は、照明用レーザを別の軸を有して斜めから照射
しても良い。また広い範囲を照らす必要があれば
レンズでの集光を省く事も可能である。
(発明の効果) 本発明によつて、試料加工の際の試料形状と加
工後の試料の品質との相関関係を詳細に明らかに
する事が可能となり、レーザ光による試料加工の
品質、再現性の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例で用いたレーザアニー
ル装置の光学系を示す系統図である。第2図は本
発明の実施例で、加工中の試料形状(固液界面)
と、加工後の試料の結晶性の相関関係を示す模式
図である。 10…Arレーザ、20…He−Neレーザ、3
0,40…ハーフミラー、50…対物レンズ、6
0…試料、70…ゼラチンフイルター、80…高
速カメラ、110,210…シリコン窒化膜、1
20,220…多結晶シリコン、130,230
…溶融シリコン、140,240…固液界面、1
50,250…結晶粒界、260…結晶欠陥。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一方は試料加工用、他方は照明光として用い
    られる異なる波長の2つのレーザを有し、その2
    つのレーザが加工されるべき試料に照射され、該
    試料表面で反射された上記2つのレーザ光のう
    ち、試料加工用のレーザの波長の光のみフイルタ
    ーでカツトされ、照明光としてのレーザ光のみ
    を、高速カメラで観察できる光学的配置を有する
    事を特徴とするレーザアニール装置。
JP62161213A 1987-06-30 1987-06-30 Laser annealing device Granted JPS647612A (en)

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JP62161213A JPS647612A (en) 1987-06-30 1987-06-30 Laser annealing device

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JPS647612A JPS647612A (en) 1989-01-11
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JP5105903B2 (ja) * 2007-02-28 2012-12-26 住友重機械工業株式会社 レーザアニール装置及びアニール方法
JP2012216733A (ja) * 2011-04-01 2012-11-08 Japan Steel Works Ltd:The レーザ処理プロセスの温度測定装置および温度測定方法
US11964431B2 (en) * 2020-11-20 2024-04-23 The Boeing Company Laser-based manufacturing with optical correction

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