JPH0347730B2 - - Google Patents

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JPH0347730B2
JPH0347730B2 JP56065783A JP6578381A JPH0347730B2 JP H0347730 B2 JPH0347730 B2 JP H0347730B2 JP 56065783 A JP56065783 A JP 56065783A JP 6578381 A JP6578381 A JP 6578381A JP H0347730 B2 JPH0347730 B2 JP H0347730B2
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JP
Japan
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laser
sample
laser beam
silicon
signal
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JP56065783A
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JPS57180120A (en
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Koichiro Ootori
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P34/00Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザ光、電子線等のエネルギ
ー・ビームを半導体、金属等の固体表面に照射し
て瞬間的に熱処理を行うビーム・アニーリング装
置に付随して使用されるモニタ装置に関するもの
である。
ビーム・アニーリングは半導体中の不純物分布
を変化させずに熱処理が行えること、固体中に固
溶限以上の不純物を析出することなく溶かし込め
ること、熱平衡では安定に存在し得ない特殊な金
属シリサイド相が作成できること、非晶質基板上
に半導体の単結晶層を成長させることができるこ
と等の工業上重要な効果を有するため、最近集中
的に研究されている熱処理法である。この方法を
採用した量産用熱処理装置を実現させるために
は、ビーム照射による試料表面の温度上昇、溶融
の程度などを正確に検知し、制御する必要があ
る。
ビーム照射中の試料表面の状態をモニタする方
法としては、従来、第1図に示すように、アニー
ル用のレーザ光1とは別のプローブ用のレーザ光
2を試料3の表面に当て、その反射光2′を、ア
ニール用のレーザ光1を遮断し反射光2′を透過
させるフイルタ4を通して光検知器5で検出して
表面の光反射率の変化を測定する方法が実験的に
試みられている。しかしながら、この方法には次
のような欠点がある。これを第2図に基づいて説
明する。
第2図において、図中の曲線はシリコンに、
同図中曲線に示す波長1.06μmのパルスレーザ
光を照射した時の波長0.5μmのプローブ用のレー
ザ光の反射光信号の時間変化を示したものである
が、シリコン表面が溶融しはじめ、溶融層の厚さ
がプローブ用のレーザ光の浸入深さと同程度にな
つた時点tnから先では反射光強度が一定になつて
しまい、これより高エネルギー状態(溶融が試料
内部へ進行する)のモニタとして使えない。ま
た、多くの試料(金属、半導体)ではレーザ光照
射前から表面の反射率は高い(例えば波長0.5μm
に対して単結晶Siで59%)ので、モニタ信号とし
ては0レベルが高く、溶融状態に対応する飽和レ
ベルとの比も小さい(溶融シリコンの反射率は72
%であるから信号比は1.7)。さらに、プローブ用
のレーザやフイルタ、光検出器を設置すると場所
をとり、また価格も安くない。
この発明は上述の欠点を解決するためになされ
たもので、試料の一部に接着せしめた圧電トラン
スデユーサ等の音波検出機構により、ビーム照射
に伴つて発生する音波を検出して電気信号に変換
し、それによつて試料表面の加熱状態をモニタす
るものであり、以下に例を示すように溶融点より
上でも100倍近い信号変化が得られるものである。
以下、この発明について説明する。
第3図はこの発明の一実施例を示すもので、
1,3,5は第1図と同様にレーザ光、試料(シ
リコンウエハともいう)および光検知器であり、
6はQスイツチ・ネオジム・YAGレーザ、7,
8,9は反射鏡、10はニユートラル・デンシテ
イ・フイルタ、11はビームスプリツタ、12は
凸レンズである。13はニオブ酸リチウムY板の
トランスデユーサで、試料3の裏面にシリコーン
油を介して圧着せしめられる。14は光遮蔽壁、
15は検波増幅器、16はオシロスコープ、17
はパルス発生器である。
次に、動作について第4図、第5図を参照しな
がら説明する。
この実施例ではシリコンウエハ3の厚さは1.8
mm、表面の結晶方位は、〔110〕方向、トランデユ
ーサ13に用いたニオブ酸リチウムY板の厚さは
130μm、面積は5×5mm2で、表面電極は直径3
mmφのアルミニウム蒸着膜であり、これをシリコ
ーン油を介してシリコンウエハ3の裏面に治具に
よつて圧着させ、接地はシリコンウエハ3から取
つた。照射するレーザ光1は波長1.06μmで、パ
ルス幅は50ns、ビーム径は70μmで、パルスの尖
頭パワーはニユートラル・デンシテイ・フイルタ
10を用いて0.7MWから3.3MWまで変化させて
いる。
第4図は尖頭パワー3.3MWのレーザ・パルス
を照射した時の音波信号のオシロスコープ像で、
モニタ用の光検知器5によつて観測されたレー
ザ・パルス信号Bより0.2μs遅れ観測される直達
波信号A1がシリコン結晶の〔110〕方向に伝わる
縦波音波の直達波信号、0.6μs遅れて現われる信
号A3は上記音波の3重走行波信号である。第4
図の直達波信号A1の信号強度をレーザ・パワー
に対してプロツトしたものが第5図である。
第5図の点bまでは音波信号強度はレーザ・パ
ワーに比例しているが、試料3のシリコン表面が
溶融しはじめる点Cから信号は急激に増大し、よ
り大パワーの点fから上で再びレーザ・パワーに
比例する。この間点cより上では溶融がレーザ・
パワーの増大とともに試料3の内部に進行してお
り、試料3を角度研磨してエツチングにより観察
した結果によれば、点fに対応するパワーのレー
ザ光1の照射によつて溶融層の深さは2.1μmに達
している。第5図に示した音波信号強度のレー
ザ・パワー依存性は、ここで観測されている音波
が、レーザ光1の照射による試料3の表面層の急
激な熱膨張に伴つて発生した衝撃波であるとして
説明できる。シリコンが溶融しない程度のレー
ザ・パワーの場合には、波長1.06μmのレーザ光
1のシリコン中での吸収係数α1は17cm-1と小さ
く、この場合、シリコン内部に衝撃波として発生
する音波信号の強度P1は、 P1=βγ(1−R1)F0/2ρwv ×〔1−exp(−α1vt0)〕 ……(1) で表わされる。ここにβはシリコンの線膨張係
数、γは弾性定数、R1は光反射率、F0はレーザ
光のパワー密度、ρはシリコンの密度、wは比
熱、vは縦波の音速、t0はレーザ光1の照射時間
である。第(1)式によればレーザ照射によつて発生
する音波の強さはレーザ光のパワー密度F0に比
例することとなり、これは第5図の点bまでの傾
向とよく一致する。一方、シリコン表面が溶融す
ると、レーザ光1のシリコン中での吸収係数α2
約106cm-1と一躍大きくなる。この場合に発生す
る音波信号の強度P2は、 P=βγt0(1−R2)F0/ρwι ……(2) と導かれる。こゝで、R2は溶融状態でのシリコ
ンの光反射率、ιは溶融層の厚さである。第(2)式
からこの場合も音波信号の強度P2はレーザ光の
パワー密度F0に比例することが判り、これは第
5図の点f〜hの傾向と一致する。溶融がはじま
るしきい値のところでは音波強度が、 P2/P1=(vt/2ι)(1−R2)/(1−R1)×〔1
−exp(α1vt)〕……(3) の比で急増することが予想されるが、v=9×
105cm/s、t0=5×10-8s、ι=2.1μm、R1
0.42、R2=0.72を代入すると、P2/P1=40となり、 第5図の点bと点fでの音波強度の比にほぼ一致
する。第5図において実際は点bと点cとの間で
音波強度が不連続的に増加せず、点cから点eに
かけて急峻だが連続的な増大を示すのは、実際の
レーザ光強度の時間変化およびシリコン表面での
2次元的な空間分布が矩形でなく、なだらかな分
布を持つたためと考えれば説明できる。
量産用のレーザ・アニーリング装置では第6図
aに示すように複数のシリコンウエハ3を回転円
板18上に固定し、回転円板18を回転軸19の
まわりに回転させつつ、レーザ光1は回転円板1
8の半径方向のみに移動させて複数のシリコンウ
エハ3を一度にアニールする方法がとられるが、
この装置に対してもこの発明のモニタ装置は以下
の方法で設置できる。すなわち、第6図bに示す
ようにシリコンウエハ3を低融点ワツクス等、事
後の除去が容易な接着剤20で回転円板18に固
着せしめ、トランスデユーサ13はシリコーン油
のような粘性流体21を介して回転円板18の裏
面でレーザ光1に対向する位置に接触させる。こ
うすれば音波は、シリコンウエハ3→接着剤20
→回転円板18→粘性流体21の順に通過してほ
とんど減衰することなくトランスデユーサ13に
到達し、かつトランスデユーサ13をレーザ光1
に対して固定したまま回転円板18を回転させる
ことが可能である。レーザ・アニーリングの場
合、シリコンウエハ3の裏面までは昇温しないの
で、接着剤20が溶けることもない。量産装置の
方式としては、この他にもシリコンウエハ3とレ
ーザ光1とを相対的に移動させるいくつかの方式
があるが、いずれの方式に対してもこの発明のモ
ニタ装置は、トランスデユーサ13をレーザ光1
に対して相対的に固定し、かつシリコンウエハ3
もしくは試料台との間は粘性流体21を介して接
触させることによつて設置可能である。
なお、上記ではレーザ・アニーリングの場合を
例にとつて説明したが、フラツシユ光、電子ビー
ム、イオンビーム等の他のエネルギー線によるア
ニール装置にもこの発明のモニタ装置は適用可能
である。また、この発明に類似の提案として、試
料にトランスデユーサを接着して超音波を人為的
に発信し、その超音波を受信された際の信号の大
きさの変化から、溶融をモニタしようとするもの
がある(「応用物理」第49巻(1980年)3号、257
ページ)。しかしながら、この方法は、超音波を
人為的に発生させている点で、この発明とは原理
を異にするものであり、かつ下記の2点でこの発
明よりも装置が複雑になり、余分のエネルギーを
消費するという欠点を有する。
(イ) 超音波の発信用と受信用に別個のトランスデ
ユーサと回路とを要するか、あるいはこれらの
一部は送・受信に兼用とするにしても、少なく
とも送・受信を切り替える回路あるいは機構が
必要であり、この発明より装置が複雑になる。
(ロ) 超音波を発信させるため、トランスデユーサ
に電気エネルギーを送り込む必要があり、これ
はこの発明に比べて余分のエネルギー消費であ
る。
これに対しこの発明は、試料の溶融に伴つて
発生する音波を受動的に検知すればよいで、上
記の方法より装置、回路が簡単、かつエネルギ
ー消費も少なく、工業上の要請により合致した
ものといえる。
以上詳細に説明したようにこの発明のビーム・
アニーリング用モニタ装置は、音波により熱処理
の程度を検知するようにしたので、従来の反射光
を用いる装置よりも広い動作領域と大きい信号変
化幅を有し、かつ反射光法よりも場所をとらず、
廉価であるため、工業上有用な価値がある利点を
有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のレーザ・アニーリングのモニタ
方法の一例を示す概略構成図、第2図は従来のモ
ニタ法における信号変化の例を示す図、第3図は
この発明の一実施例を示す概略構成図、第4図は
この発明において観測される音波信号の例を示す
図、第5図は同じく音波信号のレーザ・パワーに
よる変化を示す図、第6図a,bは量産用レー
ザ・アニール装置にこの発明のモニタ装置を設置
する場合の例を示す概略斜視図および部分断面図
である。 図中、1はレーザ光、3は試料(シリコンウエ
ハ、5は光検知器、6はQスイツチ・ネオジム・
YAGレーザ、7,8,9は反射鏡、10はニユ
ートラル・デンシテイ・フイルタ、11はビーム
スプリツタ、12は凸レンズ、13はトランスデ
ユーサ、14は光遮蔽板、15は検波増幅器、1
6はオシロスコープ、17はパルス発生器、18
は回転円板、19は回転軸、20は接着剤、21
は粘性流体である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体試料にエネルギー線を照射して瞬間熱
    処理を行うビーム・アニーリング装置において、
    前記エネルギー線の照射に伴つて前記試料より発
    生する音波を検出して熱処理を伴う溶融の程度を
    検知する音波検出機構を設けたことを特徴とする
    ビーム・アニーリング用モニタ装置。
JP56065783A 1981-04-30 1981-04-30 Monitoring device for beam annealing Granted JPS57180120A (en)

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JP56065783A JPS57180120A (en) 1981-04-30 1981-04-30 Monitoring device for beam annealing

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JPS57180120A JPS57180120A (en) 1982-11-06
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US20070117287A1 (en) 2005-11-23 2007-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus
US9498845B2 (en) 2007-11-08 2016-11-22 Applied Materials, Inc. Pulse train annealing method and apparatus
US20090120924A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Stephen Moffatt Pulse train annealing method and apparatus
JP5279260B2 (ja) * 2007-12-27 2013-09-04 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体層の評価方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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APPLIED PHYSICS LITTERS=1980 *

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