(57)【要約】  熱処理装置（２１）は、レーザ光（Ｌ）を発振させるレーザ発振部（１）と、レーザ光（Ｌ）が照射される照射対象物（３１）を保持するステージと、レーザ発振部（１）から発振されたレーザ光（Ｌ）を照射対象物（３１）に導く光学系（２）と、光学系（２）と照射対象物（３１）との位置関係を相対的に変化させる移動部と、を備える。また、熱処理装置（２１）は、レーザ光（Ｌ）が照射対象物（３１）の表面で反射された第１反射光（Ｒ１）のパワーを検出する検出部（９）と、検出部（９）で検出された第１反射光（Ｒ１）のパワーの検出値に基づいて、照射対象物（３１）においてレーザ光（Ｌ）が照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定部（１０）と、を備える。
2018142958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振させるレーザ発振部と、
前記レーザ光が照射される照射対象物を保持するステージと、
前記レーザ発振部から発振された前記レーザ光を前記照射対象物に導く光学系と、
前記光学系と前記照射対象物との位置関係を相対的に変化させる移動部と、
前記レーザ光が前記照射対象物の表面で反射された第１反射光のパワーを検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記第１反射光のパワーの検出値に基づいて、前記照射対象物において前記レーザ光が照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記検出部で検出された前記第１反射光のパワーの検出値と、前記照射対象物の表面温度と前記照射対象物の表面における前記レーザ光の反射率との相関関係を示す相関データと、に基づいて、前記照射対象物において前記レーザ光が照射された領域の表面温度を算出すること、
を特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記ステージに反射ミラーを備え、
前記検出部は、前記レーザ光が前記反射ミラーの表面で反射された第２反射光のパワーを検出し、
前記判定部は、前記検出部で検出された前記第２反射光のパワーの検出値と、前記反射ミラーの表面での前記レーザ光の反射率と、前記検出部で検出された前記第１反射光のパワーの検出値と、前記相関データと、に基づいて、前記照射対象物において前記レーザ光が照射された領域の表面温度を算出すること、
を特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記検出部で検出された前記第１反射光のパワーの検出値に基づいて、前記レーザ発振部から発振される前記レーザ光の出力を制御する制御部を備えること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記検出部に入射するレーザ光の光強度を減衰させる減衰フィルターを備えること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記レーザ光が前記照射対象物の表面で拡散反射された拡散反射光を用いて前記第１反射光のパワーを検出すること、
を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の熱処理装置。
【請求項７】
レーザ光が照射される照射対象物にレーザ光を照射する照射工程と、
前記レーザ光が前記照射対象物の表面で反射された第１反射光のパワーを検出する検出工程と、
検出された前記第１反射光のパワーの検出値に基づいて、前記照射対象物において前記レーザ光が照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定工程と、
を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
前記判定工程では、前記検出工程で検出された前記第１反射光のパワーの検出値と、前記照射対象物の表面温度と前記照射対象物の表面における前記レーザ光の反射率との相関関係を示す相関データと、に基づいて、前記照射対象物において前記レーザ光が照射された領域の表面温度を算出すること、
を特徴とする請求項７に記載の熱処理方法。
【請求項９】
前記検出工程では、前記照射対象物が保持されるステージに設けられた反射ミラーの表面で前記レーザ光が反射された第２反射光のパワーを検出し、
前記判定工程では、前記検出工程で検出された前記第２反射光のパワーの検出値と、前記反射ミラーの表面での前記レーザ光の反射率と、前記検出工程で検出された前記第１反射光のパワーの検出値と、前記相関データと、に基づいて、前記照射対象物において前記レーザ光が照射された領域の表面温度を算出すること、
を特徴とする請求項８に記載の熱処理方法。
【請求項１０】
半導体基板に不純物を注入する注入工程と、
前記不純物が注入された前記半導体基板にレーザ光を照射する照射工程と、
前記レーザ光が前記半導体基板の表面で反射された第１反射光のパワーを検出する検出工程と、
検出された前記第１反射光のパワーの検出値に基づいて、前記半導体基板において前記レーザ光が照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記判定工程では、前記検出工程で検出された前記第１反射光のパワーの検出値と、前記半導体基板の表面温度と前記半導体基板の表面における前記レーザ光の反射率との相関関係を示す相関データと、に基づいて、前記半導体基板において前記レーザ光が照射された領域の表面温度を算出すること、
を特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記検出工程では、前記半導体基板が保持されるステージに設けられた反射ミラーの表面で前記レーザ光が反射された第２反射光のパワーを検出し、
前記判定工程では、前記検出工程で検出された前記第２反射光のパワーの検出値と、前記反射ミラーの表面での前記レーザ光の反射率と、前記検出工程で検出された前記第１反射光のパワーの検出値と、前記相関データと、に基づいて、前記半導体基板において前記レーザ光が照射された領域の表面温度を算出すること、
を特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射対象物に対してレーザ光を照射することで熱処理を行う熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、半導体基板の所望の深さまでを熱処理する場合がある。半導体基板にレーザを照射することによってシリコンウエハの活性化アニールを行うレーザアニールにおいては、到達温度が重要であり、レーザ照射部の温度の状態をリアルタイムで測定することが重要である。【０００３】
特許文献１では、照射対象物におけるアニール用のレーザビームの照射部に参照用レーザを当て、照射対象物の表面で反射した参照用レーザの反射光の強度を測定することによって、照射対象物の表面の加熱状態を検出することが開示されている。また、特許文献１では、照射対象物の表面のうちアニール用のレーザビームのビームスポット内の特定の位置からの黒体放射光の強度を検出することによってレーザ照射部の温度の状態を参照することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５９０９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、レーザアニール用のレーザの他に参照用レーザが必要となり、装置の構成が複雑になる、という問題があった。また、黒体放射光の強度に基づいて得られるレーザ照射部の温度は精度が低く、またレーザ照射部の幅がたとえば１ｍｍ以下程度の狭小領域において温度の測定自体が困難であった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡素な構成で高精度にレーザ照射部の温度の状態を検知可能な熱処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる熱処理装置は、レーザ光を発振させるレーザ発振部と、レーザ光が照射される照射対象物を保持するステージと、レーザ発振部から発振されたレーザ光を照射対象物に導く光学系と、光学系と照射対象物との位置関係を相対的に変化させる移動部と、を備える。また、熱処理装置は、レーザ光が照射対象物の表面で反射された第１反射光のパワーを検出する検出部と、検出部で検出された第１反射光のパワーの検出値に基づいて、照射対象物においてレーザ光が照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡素な構成で高精度にレーザ照射部の温度の状態を検知可能な熱処理装置が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置の構成を示す要部平面図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置における照射対象物でのレーザ光の反射状態を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置における反射ミラーでのレーザ光の反射状態を示す模式図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる処理回路のハードウェア構成の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における照射対象物であるシリコンウエハの表面温度とレーザ光の相対反射率との関係を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置の熱処理動作の手順を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態２にかかる熱処理装置の構成を示す模式図
【図９】本発明の実施の形態２にかかる熱処理装置の熱処理動作の手順を示すフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態３にかかる熱処理装置の構成を示す模式図
【図１１】本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置の構成を示す模式図
【図１２】本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置の構成を示す要部平面図
【図１３】本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置を用いた半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置２１の構成を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置２１の構成を示す要部平面図である。図２においては、熱処理装置２１における回転台３の周辺部を示している。図３は、本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置２１における照射対象物３１でのレーザ光Ｌの反射状態を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置２１における反射ミラー７でのレーザ光Ｌの反射状態を示す模式図である。
【００１２】
本実施の形態１にかかる熱処理装置２１は、照射対象物３１に対してレーザアニール処理を実施することが可能なレーザアニール装置の機能を有する装置である。レーザアニール処理とは、熱によって照射対象物の結晶配列を変えることで照射対象物の所望の特性を得るための熱処理のことである。なお、本実施の形態１にかかる熱処理装置２１は、レーザアニール処理以外にも、レーザを用いた熱処理全般に適用可能である。本実施の形態１にかかる熱処理装置２１は、レーザ発振部１と、光学系２と、回転台３と、光学系移動部４と、第１制御部５と、レーザ出力測定部６と、反射ミラー７と、光ファイバー８と、検出部９と、判定部１０と、を備える。
【００１３】
レーザ発振部１は、照射対象物３１に照射するレーザ光Ｌを発振する。レーザ発振部１には、光ファイバー８を介して、１つ以上の光学系２が接続されている。レーザ発振部１から発振されたレーザ光Ｌは、光ファイバー８を介して、光学系２に伝送される。レーザ発振部１には、ファイバー伝送型のレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ））レーザを用いることができる。
【００１４】
光学系２は、レーザ発振部１から発振されたレーザ光Ｌを、照射対象物３１の被照射面および反射ミラー７に対して照射する。光学系２は、図１および図３に示されるように、コリメーションレンズ２ａと対物レンズ２ｂとによって構成されている。光学系２においては、レーザ発振部１から発振されたレーザ光Ｌを、コリメーションレンズ２ａと対物レンズ２ｂとによって集光して照射対象物３１および反射ミラー７に照射する。コリメーションレンズ２ａは、レーザ発振部１から発振されたレーザ光Ｌを平行光に修正して対物レンズ２ｂに導く。対物レンズ２ｂは、コリメーションレンズ２ａから導かれたレーザ光Ｌを照射対象物３１における被照射面に集光して導く集光レンズである。対物レンズ２ｂが、光学系２におけるレーザ光Ｌの照射口となっている。
【００１５】
上記のようにレーザ発振部１にファイバー伝送型のＬＤレーザを用いることで、光学系２の構成を簡素にすることができる。また、光学系２とレーザ発振部１とが、柔軟性のある光ファイバー８によって接続されているため、熱処理装置２１では、光学系２とレーザ発振部１との相対的な位置関係の自由度が大きく、光学系２の位置を自由に設定でき、且つ、光学系２の移動も容易になる。このように、熱処理装置２１では、レーザ発振部１から発振されるレーザ光Ｌが光ファイバー８によって光学系２に伝送され、光学系２を構成するコリメーションレンズ２ａと対物レンズ２ｂによってレーザ光Ｌが集光され、照射対象物３１に照射される機構を有する。
【００１６】
なお、レーザ発振部１には、ファイバー伝送型のＬＤレーザ以外でも、固体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザのうちのいずれかのレーザを用いることができる。ただし、レーザ発振部１がファイバー伝送型以外のレーザである場合には、各レーザに適した適正な光学系２が必要である。また、レーザの発振方式も限定されず、連続発振型レーザまたはパルス発振型レーザを問わず、いずれの発振方法のレーザも適用可能である。レーザ発振部１がファイバー伝送型以外のレーザである場合には、レーザ発振部１からレーザ光の照射位置までの距離で光路が変わらないため、光学系２の構成が、上記の構成と比較すると、簡素になる。
【００１７】
また、本実施の形態１では、レーザ発振部１が１つのみ設けられている場合について示しているが、レーザ発振部１の数量は１つに限定されない。すなわち、熱処理装置２１において、レーザ発振部１が２つ以上設けられてもよい。レーザ発振部１が２つ以上設けられる場合には、光ファイバー８および光学系２もレーザ発振部１ごとに設けられる。
【００１８】
回転台３は、照射対象物３１を保持する保持部の機能と、光学系２と照射対象物３１との位置関係を相対的に変化させる移動部の機能を有する。回転台３は、光学系２の照射口に対向して、光学系２の下方に配置されている。回転台３は、基体３ａと支軸３ｂとを有している。回転台３の基体３ａは、図１および図２に示されるように、円板形状を有している。回転台３は、基体３ａと支軸３ｂとが一体化して固定されている。支軸３ｂは、図示しないモータを有する回転駆動部によって回転駆動される。基体３ａの面内中心３ｃに垂直な軸を中心軸として支軸３ｂが矢印Ａ方向に回転することによって、基体３ａも支軸３ｂに同期して基体３ａの円周方向に回転する。
【００１９】
基体３ａの上面上には、アニール処理対象である１つ以上の照射対象物３１が保持される。本実施の形態１では、基体３ａは、上面に５つの照射対象物３１を環状に配置して保持可能とされている。基体３ａにおける照射対象物３１の固定方法は特に限定されず、照射対象物３１の形状に合わせて基体３ａの上面に設けられた凹部に照射対象物３１を嵌め込む方法、基体３ａの内部から照射対象物３１を吸着する方法といった任意の方法が採用可能である。また、基体３ａの上面上には、複数の反射ミラー７が保持されている。
【００２０】
照射対象物３１は、レーザアニールが実施されるアニール処理対象物であり、本実施の形態１では、不純物が表面から１μｍ〜５０μｍの深さにわたってイオン注入された、単結晶シリコンからなるシリコンウエハを用いる場合について示す。なお、照射対象物３１は、上記シリコンウエハに限定されず、シリコンウエハ以外の、例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウエハまたは薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）形成基板といった、他の照射対象物を適用することも可能である。
【００２１】
光学系移動部４は、光学系２と照射対象物３１との位置関係を相対的に変化させる移動部としての機能を有し、光学系２に接続して設けられている。光学系移動部４は、光学系２を、回転台３の半径方向に、すなわち、半径線上において移動させる。具体的には、光学系移動部４は、光学系２を、回転台３の面内中心３ｃから回転台３の外周側に向かって水平移動させる。または、光学系移動部４は、回転台３の外周側から回転台３の面内中心３ｃに向かって水平移動させる。
【００２２】
第１制御部５は、レーザ発振部１、回転台３、光学系移動部４および検出部９の駆動および位置を制御する制御部である。第１制御部５は、レーザ発振部１、回転台３、光学系移動部４および検出部９と通信可能とされている。また、第１制御部５は、例えば、図５に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。図５は、本発明の実施の形態１にかかる処理回路のハードウェア構成の一例を示す図である。第１制御部５が図５に示す処理回路により実現される場合、第１制御部５は、例えば、図５に示すメモリ１０２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０１が実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、第１制御部５の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。
【００２３】
レーザ出力測定部６は、レーザ発振部１に接続されて配置され、レーザ発振部１から発振されるレーザ光の出力（Ｗ）を検出する。レーザ出力測定部６には、レーザ発振部１から出射されたレーザ光をセンサ受光部に入射させ、レーザ光の光エネルギーを電気信号に変換して表示させる測定器であるレーザパワーメータを用いることができる。
【００２４】
反射ミラー７は、長方形状を有し、回転台３の基体３ａの上面において、照射対象物３１に隣り合う位置に設置されている。反射ミラー７は、回転台３の半径方向において、照射対象物３１におけるレーザ光Ｌが照射される領域を包含する領域に設けられている。ここでは、反射ミラー７は、回転台３の半径方向において、照射対象物３１が配置された領域を包含する領域に設けられている。
【００２５】
検出部９は、レーザ光Ｌの第１反射光であって照射対象物３１に照射されたレーザ光Ｌが照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１、およびレーザ光Ｌの第２反射光であって反射ミラー７に照射されたレーザ光Ｌが反射ミラー７で反射された第２反射光Ｒ２を受光し、第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２のパワー、すなわち出力を検出し、検出結果を判定部１０に送信する。以下では、検出部９で検出された反射光のパワー（Ｗ）を検出値と呼ぶ場合がある。図３に示すように対物レンズ２ｂは、回転台３の基体３ａの上面に対して垂直な方向にレーザ光Ｌを照射するのではなく、回転台３の基体３ａの上面に対して既定の角度を有した方向にレーザ光Ｌを照射する。すなわち、対物レンズ２ｂは、回転台３の基体３ａ上に配置された照射対象物３１の照射面に対して垂直にレーザ光Ｌを照射するのではなく、照射対象物３１の照射面に対して既定の角度を有した状態で照射対象物３１の照射面にレーザ光Ｌを照射する。
【００２６】
上述したように、光学系２は、回転台３の半径方向に移動可能とされている。このため、検出部９は、図示しない検出部移動部によって、照射対象物３１でのレーザ光Ｌの反射光および反射ミラー７でのレーザ光Ｌの反射光を検知できる場所に移動可能とされている。一例として、検出部９は、基体３ａの面内中心３ｃ上を任意の高さに移動可能とされる。これにより、光学系２が回転台３の半径方向に移動した場合でも、検出部９の高さを調整することによって検出部９は照射対象物３１でのレーザ光Ｌの反射光および反射ミラー７でのレーザ光Ｌの反射光を検出可能となる。なお、熱処理装置２１における光学系移動部４およびその他の構成は、第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２の光路を妨げないように配置される。
【００２７】
判定部１０は、検出部９から判定部１０に送信された第１反射光Ｒ１の検出値を監視することで、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化を検出して、照射対象物３１におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する。また、判定部１０は、第１反射光Ｒ１のパワーの検出値と、照射対象物３１の表面温度と照射対象物３１の表面におけるレーザ光Ｌの反射率との相関関係を示す相関データと、に基づいて、照射対象物３１においてレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度を算出する。
【００２８】
また、判定部１０は、検出部９から判定部１０に送信された第２反射光Ｒ２のパワーの検出値と、反射ミラー７の表面でのレーザ光Ｌの反射率と、検出部９から判定部１０に送信された第１反射光Ｒ１のパワーの検出値と、照射対象物３１の表面温度と照射対象物３１の表面におけるレーザ光Ｌの反射率との相関関係を示す相関データと、に基づいて、照射対象物３１においてレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度を算出する。
【００２９】
すなわち、判定部１０は、第１反射光Ｒ１のパワー（Ｗ）、すなわち第１反射光Ｒ１の検出値をモニタリングすることによって、照射対象物３１におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無を判定し、また照射対象物３１においてレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度を算出する。
【００３０】
つぎに、本実施の形態１にかかる熱処理装置２１における照射対象物３１の表面状態の検出方法について説明する。本実施の形態１にかかる熱処理装置２１は、図２に示すように回転台３に照射対象物３１が搭載された状態で回転台３を既定の回転速度で回転させ、レーザ発振部１から発振されたレーザ光Ｌを光学系２から照射対象物３１に照射する。そして、回転台３が１回転することにより、照射対象物３１の被照射面において、レーザ光Ｌのビーム径を幅とする帯状の領域を、回転台３の周方向に沿って、すなわち回転台３の回転方向に沿って、レーザ光Ｌによってレーザアニール処理することができる。
【００３１】
上記のようにレーザ光Ｌを照射対象物３１の被照射面に照射しながら回転台３を１回転させた後、光学系移動部４により光学系２を、ビーム径の幅だけ回転台３の半径方向に移動させる。このような処理を繰り返すことにより、各照射対象物３１の全面をレーザ光Ｌによってレーザアニール処理することができる。
【００３２】
なお、光学系２を回転台３の半径方向に移動させるタイミングは、回転台３が１回転した時点に限定されない。たとえば回転台３を２回転させるごとに光学系２を回転台３の半径方向に移動させてもよく、回転台３を更に多くの多回数だけ回転させるごとに光学系２を回転台３の半径方向に移動させてもよく、あらかじめ設定された既定回数だけ回転台３を回転させるごとに、光学系２を移動させるようにしてもレーザアニール処理することができる。
【００３３】
熱処理装置２１では、このようなレーザアニール処理を実施している間、第１反射光Ｒ１のパワーおよび第２反射光Ｒ２のパワーを検出部９で検出する検出工程が実施される。ここで、本実施の形態１にかかる熱処理装置２１においては、レーザ光Ｌは、照射対象物３１に対し、レーザ発振部１から発振されて対物レンズ２ｂによって集光された際の単位時間あたり且つ単位面積あたりの入熱量であるパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）を、レーザ光Ｌの走査速度で除した値のパワーで照射される。熱処理装置２１においては、レーザ発振部１から発振されて対物レンズ２ｂによって集光されたレーザ光の出力Ｘをレーザ光の照射面積Ｓで除して、さらに照射対象物３１の被照射面に対するレーザ光Ｌの走査速度Ｖで除した値、すなわち、Ｘ／（Ｓ×Ｖ）の値が照射対象物３１の被照射面の全面で一定となるように、レーザ光Ｌが照射対象物３１に照射される。
【００３４】
このとき、第１反射光Ｒ１のうち、大部分は反射の法則のとおりに、「照射対象物３１への入射角度＝照射対象物３１での反射角度」となる方向に進む。そして、第１反射光Ｒ１は、検出部９へ入射し、検出部９で第１反射光Ｒ１のパワー（Ｗ）が検出される。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態１における照射対象物３１であるシリコンウエハの表面温度とレーザ光Ｌの相対反射率との関係を示す特性図である。相対反射率は、照射対象物３１であるシリコンウエハでのある温度におけるレーザ光Ｌの反射率を基準値としたとき、すなわち１００％としたときの、シリコンウエハでの他の温度におけるレーザ光Ｌの反射率の、基準値に対する割合を意味する。図６においては、シリコンウエハの温度が０℃の場合におけるレーザ光Ｌの反射率を基準値、すなわち１００％としている。
【００３６】
照射対象物３１の被照射面に照射されたレーザ光Ｌのエネルギーのうちのどれだけのエネルギーが照射対象物３１の被照射面で反射されるかは、図６に示すようにシリコンウエハの表面温度によって決まる。すなわち、レーザ光Ｌのエネルギーが同じであるならば、照射対象物３１の被照射面での反射光のパワー（Ｗ）は、シリコンウエハの表面温度によって一義的に決まり、シリコンウエハの表面温度と照射対象物３１の被照射面での反射光のパワー（Ｗ）とは、１対１の関係にある。
【００３７】
また、上述したように本実施の形態１にかかる熱処理装置２１においては、レーザ光Ｌは、照射対象物３１に対し、レーザ発振部１から発振されて対物レンズ２ｂによって集光されて照射対象物３１に照射された際の単位時間あたり且つ単位面積あたりの入熱量であるパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）をレーザ光Ｌの走査速度で除した値、のパワーで照射される。そして、入熱量である上記のパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）を常に一定とし、且つレーザ光Ｌの走査速度を常に一定とすることにより、照射対象物３１の被照射面に照射されるレーザ光Ｌのパワー（Ｗ）は常に一定となり、また照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１のパワー（Ｗ）も常に一定となる。
【００３８】
そして、判定部１０は、検出値モニタリング工程において、検出部９で検出された照射対象物３１の被照射面での反射光のパワー（Ｗ）、すなわち検出部９から送信された反射光の検出値をモニタリングすることで、照射対象物３１であるシリコンウエハの被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化を検出して、レーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無を判定することができる。
【００３９】
回転台３を複数回にわたって回転させてレーザ光Ｌを照射対象物３１に照射する場合、検出部９は、レーザ光Ｌが照射対象物３１の被照射面に照射されている期間は、連続して照射対象物３１の被照射面での第１反射光Ｒ１のパワー（Ｗ）を検出する。そして、判定部１０は、検出部９から送信された第１反射光Ｒ１の連続した検出値をモニタリングし、第１反射光Ｒ１の連続した検出値が変動している場合には、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域内において表面温度が変化していると判定する。すなわち、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域内において、表面温度がばらついており一定ではないと判定する。
【００４０】
また、判定部１０は、検出部９から送信された第１反射光Ｒ１の連続した検出値をモニタリングし、第１反射光Ｒ１の連続した検出値が変動していない場合には、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域内において、表面温度が変化していないと判定する。すなわち、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域内において、表面温度が一定であると判定する。
【００４１】
上述した処理により、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域内において、被照射面の表面温度が一定となっているか否かを判定することができる。判定部１０は、図示しない表示部に判定結果を出力して表示させることができる。なお、回転台３を複数回にわたって回転させてレーザ光Ｌを照射対象物３１に照射する場合、回転台３上における照射対象物３１以外の領域からの反射光も検出部９に入射されるが、材料により昇温の度合いおよび反射特性が異なるため、判定部１０においては、照射対象物３１の被照射面での第１反射光Ｒ１と、回転台３上における他の領域での反射光との識別が可能である。
【００４２】
また、回転台３を複数回にわたって回転させてレーザ光Ｌを照射対象物３１に照射する場合、判定部１０は、検出部９から送信された照射対象物３１の被照射面における既定の検出位置での第１反射光Ｒ１の検出値をモニタリングし、第１反射光Ｒ１の検出値が複数回の検出時において変動している場合には、検出位置の表面温度が変化している、すなわち照射対象物３１の被照射面の表面温度が変化していると判定する。
【００４３】
また、判定部１０は、検出部９から送信された照射対象物３１の被照射面における既定の検出位置での第１反射光Ｒ１の検出値が複数回の検出時において変動していない場合には、検出位置の表面温度が変化しておらず、すなわち照射対象物３１の被照射面の表面温度が変化しておらず、検出位置の表面温度が一定値になっていると判定する。
【００４４】
上述した処理により、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された既定の検出位置の表面温度が一定値となっているか否かを判定することができる。
【００４５】
そして、判定部１０は、連続した少なくとも２回の検出値が変動せずに同一値となっている場合に、照射対象物３１の被照射面の表面温度が一定値になっていると判定する。判定部１０が、シリコンウエハの表面温度が一定値になっていると判定する場合の、連続して同じ検出値が検出される回数は、あらかじめ判定部１０に設定されている。この回数が多いほど、シリコンウエハの表面温度が一定値になっているとの判定の精度が高くなる。
【００４６】
そして、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域内において、検出位置の表面温度が一定であると判定した場合には、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域の全体の表面温度が、均一に一定値になっていると判定できる。
【００４７】
このように、熱処理装置２１においては、照射対象物３１の被照射面での第１反射光Ｒ１を直接測定して検出値を検出し、検出値の相対変動をモニタリングすることで、回転台３に配置された照射対象物３１であるシリコンウエハにおけるレーザ光Ｌが照射された領域内における表面温度の相対変動の有無を検証することができる。また、照射対象物３１として複数のシリコンウエハが回転台３に配置される場合には、回転台３に配置された複数のシリコンウエハ間におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の相対変動、および１つのシリコンウエハにおけるレーザ光Ｌが照射された領域内における位置による表面温度の相対変動の有無を検証することができる。
【００４８】
また、反射ミラー７は、レーザ光Ｌの全てのエネルギーを反射するため、反射ミラー７の表面では温度上昇が生じない。このため、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値は、反射ミラー７の表面温度に依存せずに一定の値となる。
【００４９】
このため、判定部１０は、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値と、の相対強度をモニタリングすることで、シリコンウエハにおけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無をより高精度に判定することができる。
【００５０】
そして、判定部１０は、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値と、の相対強度をモニタリングすることで、より高精度にシリコンウエハの表面温度を測定することができる。
【００５１】
レーザ光Ｌの出力は、常に完全に一定の出力ではなく、あらかじめ第１制御部５に設定された目標とするレーザ光Ｌの出力値に対して一定の範囲で変動する。レーザ光Ｌの出力の変動幅は、レーザ発振部１の品質、レーザ発振部１の劣化度、レーザ発振部１の使用環境といった諸条件によって異なるため、一概には言えないが、長期間でみると、目標とするレーザ光Ｌの出力値に対して１０％程度となることもある。レーザ出力測定部６によってレーザ光Ｌの光路途中でレーザ光Ｌのパワーを直接測定することも可能である。しかしながら、一般に、レーザ光Ｌを照射対象物３１に導く最終光学レンズである集光レンズ以降の光路では、レーザ光Ｌのパワーを直接測定することは難しい。
【００５２】
また、集光レンズである対物レンズ２ｂから照射対象物３１に照射されるまでの間でレーザ光Ｌに減衰が生じる場合がある。そして、この減衰量は、たとえば大気中の水分量、大気中の不純ガス量、照射対象物３１の上面に保護ガラスが配置されている場合の保護ガラスの状態といった条件が変化することによって変化する。このため、照射対象物３１の被照射面での反射光の検出値のみを検出している場合には、検出値が変化しても、レーザ光の出力が変動したのか、または実際に照射対象物３１の被照射面の表面温度が変化したのか、がわからない。
【００５３】
そこで、熱処理装置２１においては、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値を基準値として、この基準値に対する照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値の相対変化量をモニタリングすることで、レーザ発振部１から発振されたレーザ光Ｌの元出力の変動の影響、および対物レンズ２ｂから照射対象物３１に照射されるまでの間におけるレーザ光Ｌに減衰の影響を受けることなく、照射対象物３１の被照射面の表面温度のより高精度な温度測定が可能である。
【００５４】
すなわち、反射ミラー７の表面でのレーザ光Ｌの反射率Ｍは既知で一定である。したがって、判定部１０は、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値、すなわち第２反射光Ｒ２のパワー（Ｗ）を、反射率Ｍで除することで、レーザ発振部１から発振されて対物レンズ２ｂによって集光されて反射ミラー７に照射された際のレーザ光Ｌの照射出力を計算する。レーザ発振部１から発振されて対物レンズ２ｂによって集光されて照射対象物３１の被照射面に照射された際のレーザ光Ｌの照射出力は、反射ミラー７に照射された際のレーザ光Ｌの照射出力と同じである。したがって、判定部１０は、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、反射ミラー７の反射率Ｍとに基づいて、照射対象物３１の被照射面に照射された際のレーザ光Ｌの照射出力を求めることができる。
【００５５】
つぎに、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面での第１反射光Ｒ１の検出値を、照射対象物３１の被照射面に照射された際のレーザ光Ｌの照射出力で除することで、照射対象物３１の被照射面でのレーザ光Ｌの反射率を計算する。すなわち、判定部１０は、照射対象物３１の被照射面での第１反射光Ｒ１の検出値と、照射対象物３１の被照射面に照射された際のレーザ光Ｌの照射出力とに基づいて、照射対象物３１の被照射面でのレーザ光Ｌの反射率を求めることができ、この反射率は、図６に示す相対反射率に対応する。
【００５６】
つぎに、判定部１０は、計算により求めたレーザ光Ｌの相対反射率と、図６に示すシリコンウエハの表面温度とレーザ光Ｌの相対反射率との相関関係を示す相関データとに基づいて、照射対象物３１の被照射面の表面温度を算出する。判定部１０は、図６に示すシリコンウエハの表面温度とレーザ光Ｌの相対反射率との相関関係を示す相関データをあらかじめ記憶している。
【００５７】
したがって、熱処理装置２１においては、判定部１０が、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値とをモニタリングする上述した検出値モニタリング工程を実施し、さらに図６に示す相関データを用いることで、より高精度に照射対象物３１の被照射面の表面温度を測定することができる。
【００５８】
つぎに、本実施の形態１にかかる熱処理装置２１の熱処理動作について説明する。図７は、本発明の実施の形態１にかかる熱処理装置２１の熱処理動作の手順を示すフローチャートである。実施の形態１にかかる熱処理方法は、レーザ光が照射される照射対象物にレーザ光Ｌを照射する照射工程と、レーザ光Ｌが照射対象物の表面で反射された反射光のパワーを検出する検出工程と、検出された反射光のパワーの検出値に基づいて、照射対象物においてレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定工程と、を有している。上記の照射工程は、ステップＳ１０からステップＳ６０、ステップＳ９０およびステップＳ１００により実施可能である。検出工程は、ステップＳ７０およびステップＳ１１０により実施可能である。判定工程は、ステップＳ８０およびステップＳ１２０により実施可能である。
【００５９】
まず、ステップＳ１０において、第１制御部５は、図示しないモータを制御して、図２に示すように照射対象物３１である５枚のシリコンウエハが保持された回転台３を回転させる。
【００６０】
回転台３の回転速度が予め設定された既定の回転速度に達した時点で、すなわち回転台３の回転数があらかじめ設定された既定の回転数に達すると、ステップＳ２０において、第１制御部５は、光学系２を回転台３の半径方向における既定の初期位置まで移動させる制御を光学系移動部４に行わせる。
【００６１】
また、第１制御部５は、ステップＳ２０と同時に、ステップＳ３０において、回転台３の回転速度を制御することで光学系２から照射対象物３１の被照射面に照射されるレーザ光Ｌの照射位置における周速度を既定の周速度まで上げる制御を開始する。なお、ステップＳ３０をステップＳ２０の終了後に行ってもよく、またステップＳ２０をステップＳ３０の終了後に行ってもよく、ステップＳ２０とステップＳ３０との順序は特に問わない。
【００６２】
ここで、ステップＳ２０とステップＳ３０とにおける回転台３の回転速度と光学系２の位置の制御においては、予めレーザ光Ｌの走査軌跡およびレーザ光Ｌの照射時のレーザ光Ｌの走査周速度が決まっており、回転台３の半径方向における光学系２の位置および回転台３の回転速度が一意に求まるため、フィードフォワード制御により制御できる。また、回転台３の回転速度と光学系２の駆動位置との制御については、レーザアニール処理中において、照射対象物３１の各被照射面における周速度が一定となるように、光学系２の位置および回転台３の回転速度とを常にフィードバックしながら行ってもよい。
【００６３】
つぎに、第１制御部５は、ステップＳ３０と同時に、ステップＳ４０においてレーザ発振部１をオンにしてレーザ発振部１からレーザ光Ｌの発振を開始させる制御を行い、照射対象物３１の被照射面に対するレーザ光Ｌの照射を開始させる。なお、ステップＳ４０は、ステップＳ３０の開始後に行われてもよい。
【００６４】
そして、第１制御部５は、上述したようにＸ／（Ｓ×Ｖ）の一定のパワーで照射対象物３１の被照射面にレーザ光Ｌを照射させる制御を行う。すなわち、第１制御部５は、ステップＳ５０において、光学系２を回転台３の半径方向における既定の位置に保持する制御を光学系移動部４に対して行う。また、第１制御部５は、ステップＳ５０と同時に、ステップＳ６０において、光学系２から照射対象物３１の被照射面に照射されるレーザ光Ｌの照射位置における周速度を既定の周速度に保持するように、回転台３の回転速度を保持する制御を行う。これにより、照射対象物３１においてレーザ光Ｌの幅の環状の領域に対してアニール処理が行われる。
【００６５】
さらに、ステップＳ５０およびステップＳ６０と同時に、ステップＳ７０において検出部９が検出値を検出する検出工程を実施し、ステップＳ８０において判定部１０が検出工程での検出結果に基づいて検出値モニタリング工程を実施する。
【００６６】
ステップＳ７０の検出工程では、検出部９は、上述したようにレーザ光Ｌが照射対象物３１の表面で反射された第１反射光Ｒ１のパワー、およびレーザ光Ｌが反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２のパワーを検出する。
【００６７】
また、ステップＳ８０の検出値モニタリング工程では、判定部１０は、上述したように反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値と、の相対強度をモニタリングすることで、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化を検出して、レーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する。また、判定部１０は、上述したように、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値と、の相対強度をモニタリングすることで、より高精度にシリコンウエハの表面温度を測定する。また、判定部１０は、検出値モニタリング工程において、第１反射光Ｒ１のパワーの検出値と、照射対象物３１の表面温度と照射対象物３１の表面におけるレーザ光Ｌの反射率との相関関係を示す相関データと、に基づいて、照射対象物３１においてレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度を算出することができる。
【００６８】
そして、上述したようにレーザ光Ｌを照射対象物３１の被照射面に照射しながら回転台３を既定の回数だけ回転させた後、ステップＳ９０において、第１制御部５は、照射対象物３１に照射されるレーザ光Ｌの幅だけ光学系２を回転台３の半径方向に移動させる光学系移動制御を光学系移動部４に対して行う。
【００６９】
また、第１制御部５は、ステップＳ９０と同時に、ステップＳ１００において、回転台３の回転速度を制御することで光学系２から照射対象物３１の被照射面に照射されるレーザ光Ｌの照射位置における周速度を既定の周速度まで上げる回転速度制御を開始する。ここでの既定の周速度は、Ｘ／（Ｓ×Ｖ）の一定のパワーで照射対象物３１の被照射面にレーザ光Ｌを照射させる周速度である。
【００７０】
さらに、ステップＳ９０およびステップＳ１００と同時に、ステップＳ１１０において検出部９が検出値を検出する検出工程を実施し、ステップＳ１２０において判定部１０が検出工程での検出結果に基づいて検出値モニタリング工程を実施する。
【００７１】
つぎに、レーザ光Ｌを照射対象物３１の被照射面に照射しながら回転台３を既定の回数だけ回転させた後、ステップＳ１３０において、第１制御部５は、既定の被照射面に対するレーザ光Ｌの照射が終了したか否か、すなわち予め設定された照射面積を光学系２が走査し終わったか否かを判定する。
【００７２】
既定の被照射面に対するレーザ光Ｌの照射が終了していない場合、すなわちステップＳ１３０においてＮｏの場合は、ステップＳ９０からステップＳ１２０が繰り返される。
【００７３】
レーザ光Ｌが照射されていない被照射面がなく予め設定された照射面積を光学系２が走査し終わった場合、すなわちステップＳ１３０においてＹｅｓの場合は、ステップＳ１４０において、第１制御部５は、既定の被照射面に対して既定の回数のレーザ照射が終了したか否か、すなわち予め設定された照射面積に対して既定の回数の光学系２の走査が終わったか否かを判定する。ここでの既定の回数は、２回以上の回数とされる。
【００７４】
既定の被照射面に対して既定の回数のレーザ照射が終了していない場合、すなわちステップＳ１４０においてＮｏの場合は、ステップＳ２０からステップＳ１３０が繰り返される。この場合、すでにレーザ光Ｌは発振されているため、ステップＳ４０は省略される。
【００７５】
一方、既定の被照射面に対して既定の回数のレーザ照射が終了した場合、すなわち、ステップＳ１４０においてＹｅｓの場合は、ステップＳ１５０において第１制御部５は、レーザ発振部１をオフにしてレーザ発振部１からレーザ光Ｌの発振を終了させる制御を行う。そして、ステップＳ１６０において第１制御部５は、回転台３を停止させる制御を行う。これにより、一連のレーザアニール処理が終了する。
【００７６】
上記のように、熱処理装置２１においては、１回のレーザ光Ｌの照射時に、回転台３の半径方向における各位置においてレーザ光Ｌを照射する際に検出工程および検出値モニタリング工程を実施することで、予め設定された被照射面における表面温度の変化および温度を検出することができる。また、熱処理装置２１においては、複数回のレーザ光Ｌの照射時に、回転台３の半径方向における各位置においてレーザ光Ｌを照射する際に検出工程および検出値モニタリング工程を実施することで、複数回のレーザ光Ｌの照射時における、予め設定された被照射面における表面温度の変化および温度を検出することができる。したがって、熱処理装置２１においては、照射対象物３１の被照射面における表面温度の変化および到達温度を検出可能である。
【００７７】
なお、上記においては、照射対象物３１がシリコンウエハである場合について説明したが、照射対象物３１がシリコンウエハ以外の物である場合においても、上記と同様に、同じ材料からなる複数の照射対象物３１間における表面温度の相対変動、または１つの照射対象物３１の面内における位置による相対変動がないか検証することができる。
【００７８】
上述したように、本実施の形態１にかかる熱処理装置２１においては、反射ミラー７の表面で反射された第２反射光Ｒ２の検出値と、照射対象物３１の被照射面で反射された第１反射光Ｒ１の検出値と、の相対強度をモニタリングすることで、照射対象物３１の被照射面におけるレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化を検出し、また、高精度にシリコンウエハの表面温度を測定することができる。
【００７９】
したがって、本実施の形態１にかかる熱処理装置２１によれば、簡素な構成で高精度にレーザ照射部の温度の状態を検知可能な熱処理装置が得られる、という効果を奏する。
【００８０】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる熱処理装置２２の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態２にかかる熱処理装置２２が実施の形態１にかかる熱処理装置２１と異なる点は、第２制御部１１を備える点である。本発明の実施の形態２にかかる熱処理装置２２は、第２制御部１１を備えること以外は、実施の形態１にかかる熱処理装置２１と同じ構成を有する。
【００８１】
上述したように、レーザ光Ｌの出力は、常に完全に一定の出力ではなく、あらかじめ第１制御部５に設定された目標とするレーザ光Ｌの出力値に対して一定の範囲で変動する。レーザ光Ｌの出力が変動した場合には、照射対象物３１を所望の温度まで昇温できない、または所望の温度よりも過度に昇温させてしまう可能性がある。
【００８２】
第２制御部１１は、レーザ出力制御工程において、検出部９で検出された検出値と、目標検出値と、に基づいてレーザ発振部１から発振するレーザ光Ｌの出力を制御する制御部である。すなわち、第２制御部１１は、検出部９と通信可能とされており、検出部９から第１反射光Ｒ１の検出値が送信される。第２制御部１１には、第１反射光Ｒ１の既定の目標検出値があらかじめ記憶されている。ここでの既定の目標温度は、あらかじめ設定された適正な出力のレーザ光Ｌで照射対象物３１を所望の温度まで昇温させた場合の第１反射光Ｒ１の検出値である。第２制御部１１は、第１反射光Ｒ１の検出値を目標検出値に近づける制御をレーザ発振部１に対して行う。すなわち、第２制御部１１は、検出部９で検出された検出値と、目標検出値と、に基づいて、第１反射光Ｒ１の検出値を目標検出値に近づけるレーザ光Ｌの出力を決定し、決定した出力でレーザ発振部１を駆動させるフィードバック制御を行う。
【００８３】
すなわち、第２制御部１１は、第１反射光Ｒ１の検出値を目標検出値に近づける制御をレーザ発振部１に対して行う。これにより、熱処理装置２２は、照射対象物３１の表面温度を、設計通りの既定の温度に安定して昇温させることができる。
【００８４】
なお、ここでは、あらかじめ決定された目標検出値が第２制御部１１に記憶されている場合について示したが、目標検出値は、熱処理装置２２におけるアニール処理の開始時の値、またはアニール処理の開始時から任意の期間の平均値としてもよい。これにより、熱処理装置２２は、事前にまたはアニール処理中に定められた目標検出値に第１反射光Ｒ１の検出値を近づけることで、安定した熱処理が可能となる。
【００８５】
また、第２制御部１１は、例えば、図５に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。第２制御部１１が図５に示す処理回路により実現される場合、第２制御部１１は、例えば、図５に示すメモリ１０２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０１が実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、第２制御部１１の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。
【００８６】
つぎに、本実施の形態２にかかる熱処理装置２２の熱処理動作について説明する。図９は、本発明の実施の形態２にかかる熱処理装置２２の熱処理動作の手順を示すフローチャートである。
【００８７】
図９のフローチャートに示す熱処理装置２２の基本的な熱処理動作は、図７のフローチャートに示した実施の形態１にかかる熱処理装置２１の熱処理動作と同じである。したがって、図７のフローチャートと同じ処理については説明を省略し、ここでは図７のフローチャートに示した熱処理動作と異なる処理について説明する。
【００８８】
ステップＳ８０に続いて、ステップＳ８２において熱処理装置２２が、上述したレーザ出力制御工程を実施する。すなわち、第２制御部１１は、検出部９で検出された検出値と、目標検出値と、に基づいて、第１反射光Ｒ１の検出値を目標検出値に近づけるレーザ光Ｌの出力を決定し、決定した出力でレーザ発振部１を駆動させるフィードバック制御を行う。また、ステップＳ１２０に続いて、ステップＳ１２２において熱処理装置２２が、上述したレーザ出力制御工程を実施する。
【００８９】
上述したように、本実施の形態２にかかる熱処理装置２２は、実施の形態１にかかる熱処理装置２１の有する効果に加え、事前にまたはアニール処理中に定められた目標検出値に第１反射光Ｒ１の検出値を近づけることで安定した熱処理が可能となる、という効果を奏する。
【００９０】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３にかかる熱処理装置２３の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態３にかかる熱処理装置２３が実施の形態２にかかる熱処理装置２２と異なる点は、減衰フィルター１２を備える点である。本発明の実施の形態３にかかる熱処理装置２３は、減衰フィルター１２を備えること以外は、実施の形態２にかかる熱処理装置２２と同じ構成を有する。
【００９１】
実施の形態２にかかる熱処理装置２２の処理能力を向上させるためには、回転台３の回転速度を向上させることが有効である。一方、回転台３の回転速度を向上させる場合には、回転台３の回転速度が向上したことによって照射対象物３１の被照射面に照射されるレーザ光Ｌのパワーが低下しないように、すなわち上述したＸ／（Ｓ×Ｖ）の値を低下させないために、レーザ光Ｌの出力の増加が必要である。
【００９２】
当然ながら、レーザ光Ｌの出力が増加するに従って、レーザ光Ｌの反射光の光強度は増加する。すなわち、レーザ光Ｌの出力が増加するに従って、レーザ光Ｌの反射光の光強度は増加する。ここでの光強度は、照射対象物３１の被照射面に入射するレーザ光Ｌの照度すなわち単位面積当たりの入射光束で表わされるものである。そして、レーザ光Ｌの反射光の光強度が検出部９において検出可能なレーザ光Ｌの反射光の光強度の許容閾値を超えてしまう。すなわち、レーザ光Ｌの出力が増加するに従って、第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２の光強度は増加する。そして、第２反射光Ｒ２の光強度が、検出部９において検出可能なレーザ光Ｌの反射光の光強度の許容閾値を超えてしまう。さらにレーザ光Ｌの出力を増加させた場合には、第１反射光Ｒ１の光強度および第２反射光Ｒ２の光強度が、検出部９において検出可能な許容閾値を超えてしまう。
【００９３】
一般的に、処理装置の内部への設置を目的とした小型の検出器で検出可能なレーザ光の光強度は、２Ｗから３Ｗである。このため、検出器に入射されるレーザ光が、検出部において検出可能なレーザ光の光強度の許容閾値を超えたレーザ光である場合、たとえば１００Ｗといった光強度のレーザ光である場合には、検出器が損傷する可能性が考えられる。このため、検出部において検出可能なレーザ光の光強度の許容閾値を超えた光強度のレーザ光を検出部で検出する場合には、検出部に入射するレーザ光の光強度を一定の比率で減衰する減衰フィルターの設置が必要である。
【００９４】
そこで、本実施の形態３にかかる熱処理装置２３は、検出部９に入射するレーザ光である、レーザ光Ｌの反射光の光強度を、一定の比率で減衰させる減衰フィルター１２を備える。減衰フィルター１２は、レーザ光Ｌの反射光の光路において、検出部９における第１反射光Ｒ１が入射する側に、すなわち、検出部９よりも上流側に配置されている。すなわち、減衰フィルター１２は、第１反射光Ｒ１の光路および第２反射光Ｒ２の光路において、検出部９よりも上流側に配置される。そして、減衰フィルター１２は、減衰フィルター１２に入射するレーザ光Ｌの反射光の光強度を一定の比率で減衰させて検出部９に入射させる。すなわち、減衰フィルター１２は、第１反射光Ｒ１の光強度を一定の比率で減衰させて、減衰させた第１反射光Ｒ１を検出部９に入射させる。また、減衰フィルター１２は、第２反射光Ｒ２の光強度を一定の比率で減衰させて、減衰させた第２反射光Ｒ２を検出部９に入射させる。
【００９５】
これにより、本実施の形態３にかかる熱処理装置２３は、検出部９の検出可能な許容閾値を超えた光強度の反射光を、許容閾値以下に減衰させて検出部９に入射させることができる。検出部９は、減衰フィルター１２を通して受光される反射光のパワーを検出する。また、検出部９は、減衰フィルター１２での反射光の光強度の減衰率の情報を記憶している。検出部９は、減衰フィルター１２を通して受光した反射光のパワーと、減衰フィルター１２での反射光の光強度の減衰率の情報と、によって、減衰フィルター１２に入射した減衰する前の反射光のパワーを算出することができる。検出部９は、算出した検出値を判定部１０に送信する。判定部１０は、検出部９から受信した検出値を用いて、実施の形態１の場合と同様の処理を行うことができる。
【００９６】
これにより、熱処理装置２３は、レーザ光Ｌの反射光の光強度が検出部９において検出可能なレーザ光Ｌの反射光の光強度の許容閾値を超える場合でも、検出部９を損傷させることなく、レーザ照射部の温度の状態を検知可能となる。そして、熱処理装置２３は、生産能力の向上のために回転台３の回転速度を向上させるとともにレーザ光Ｌの出力を増加させた場合でも、検出部９を損傷させることなく、簡素な構成で高精度にレーザ照射部の温度の状態を検知可能となる。なお、レーザ光Ｌの出力の上限は、照射対象物３１および反射ミラー７のレーザ光Ｌに対する耐久性を考慮して、検出部９において検出可能なレーザ光の光強度の許容閾値と、減衰フィルター１２におけるレーザ光Ｌの減衰能力と、によって設定されればよい。
【００９７】
本実施の形態３にかかる熱処理装置２３の熱処理動作は、基本的に、実施の形態２にかかる熱処理装置２２の熱処理動作と同じである。ただし、ステップＳ７０およびステップＳ１１０の検出工程において、第１反射光Ｒ１は、減衰フィルター１２に入射して一定の比率で減衰し、検出部９で検出可能な許容閾値以下の光強度に減衰した状態で検出部９に入射して、検出部９で検出される。同様に、ステップＳ７０およびステップＳ１１０の検出工程において、第２反射光Ｒ２は、減衰フィルター１２に入射して一定の比率で減衰し、検出部９で検出可能な許容閾値以下の光強度に減衰した状態で検出部９に入射して、検出部９で検出される。
【００９８】
上述したように、本実施の形態３にかかる熱処理装置２３は、実施の形態２にかかる熱処理装置２２の有する効果に加え、検出部９を損傷させることなく、回転台３の回転速度の向上およびレーザ光Ｌの出力の増加により生産能力が向上する、という効果が得られる。
【００９９】
なお、上記においては、実施の形態２にかかる熱処理装置２２に対して減衰フィルター１２を追加した形態について示したが、実施の形態１にかかる熱処理装置２１に対して減衰フィルター１２を追加してもよい。実施の形態１にかかる熱処理装置２１に対して減衰フィルター１２を追加した場合は、熱処理装置２１の有する効果に加え、上述したように検出部９を損傷させることなく生産能力が向上する、という効果が得られる。
【０１００】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置２４の構成を示す模式図である。図１２は、本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置２４の構成を示す要部平面図である。図１２においては、熱処理装置２４における回転台３の周辺部を示している。本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置２４が実施の形態１にかかる熱処理装置２１と異なる点は、他の検出部として撮影素子部１３を備える点である。本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置２４は、撮影素子部１３を備えること以外は、実施の形態１にかかる熱処理装置２１と同じ構成を有する。
【０１０１】
実施の形態１にかかる熱処理装置２１の処理能力を向上させるためには、上述したように回転台３の回転速度を向上させることが有効である。一方、回転台３の回転速度を向上させる場合には、回転台３の回転速度が向上したことによって照射対象物３１の被照射面に照射されるレーザ光Ｌのパワーが低下しないように、すなわち上述したＸ／（Ｓ×Ｖ）の値を低下させないために、レーザ光Ｌの出力の増加が必要である。
【０１０２】
そして、上述したように、レーザ光Ｌの出力が増加するに従って、レーザ光Ｌの反射光の光強度は増加する。すなわち、レーザ光Ｌの出力が増加するに従って、レーザ光Ｌの反射光の光強度は増加する。
【０１０３】
通常、半導体装置の製造に用いられる半導体基板には表面が平滑な状態であるものがある。実施の形態１にかかる熱処理装置２１において、表面が平滑な状態の半導体基板が照射対象物３１である場合には、半導体基板の被照射面に照射されたレーザ光Ｌのほとんどが直接、正反射光である第１反射光Ｒ１となる。そして、半導体基板の被照射面に照射されたレーザ光Ｌのうち極少量が拡散反射光となるため、半導体基板の被照射面で発生する拡散反射光は少ない。このため、レーザ光Ｌが半導体基板の表面で反射した拡散反射光を観察しても、拡散反射光の光強度が微弱なため、拡散反射光を正確に特定および検出することができない。たとえば、半導体基板の被照射面へのレーザ光Ｌの入射側または入射方向に対して直交する方向から観察しても、拡散反射光の光強度が微弱なため、半導体基板の被照射面で発生する拡散反射光を正確に特定および検出することができない。
【０１０４】
しかしながら、レーザ光Ｌの出力が増加する場合には、半導体基板の被照射面にレーザ光Ｌが照射された際に半導体基板の被照射面で発生する拡散反射光も増加する。このため、拡散反射光の強度を撮影素子部１３によって検出することで、撮影素子部１３で検出された拡散反射光の輝度から、半導体基板の被照射面および反射ミラー７の被照射面での反射光のパワーを求めることができる。
【０１０５】
すなわち、熱処理装置２４は、レーザ光Ｌの反射光の光強度が検出部９において検出可能なレーザ光Ｌの反射光の光強度の許容閾値を超える場合には、検出部９の代わりに、撮影素子部１３を第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２のパワーを検出する検出部として用いる。撮影素子部１３は、第１反射光Ｒ１について、半導体基板の被照射面にレーザ光Ｌが照射された際に半導体基板の被照射面で発生する、正反射光よりも光強度が弱い拡散反射光を検出して、第１反射光Ｒ１のパワー、すなわち出力を検出する。また、撮影素子部１３は、第２反射光Ｒ２について、反射ミラー７の被照射面にレーザ光Ｌが照射された際に反射ミラー７の被照射面で発生する、正反射光よりも光強度が弱い拡散反射光を検出して、第２反射光Ｒ２のパワー、すなわち出力を検出する。
【０１０６】
撮影素子部１３は、撮影素子部１３で検出される回転台３上の被照射面での拡散反射光の輝度と、回転台３上の被照射面での反射光のパワーと、の相関関係を示す輝度−パワー間の相関データを記憶している。撮影素子部１３は、検出した回転台３上の被照射面での拡散反射光の輝度と、輝度−パワー間の相関データと、を用いて回転台３上の被照射面での反射光のパワーを算出することができる。したがって、撮影素子部１３は、レーザ光Ｌが回転台３上の被照射面の表面で拡散反射された拡散反射光を検出し、検出した拡散反射光の情報を用いて、回転台３上の被照射面での反射光のパワーである、第１反射光Ｒ１のパワーおよび第２反射光Ｒ２のパワーを検出することができる。
【０１０７】
すなわち、撮影素子部１３は、半導体基板の被照射面にレーザ光Ｌが照射された際に、半導体基板の被照射面で発生して撮影素子部１３で検出される拡散反射光の輝度と、半導体基板の被照射面で発生する第１反射光Ｒ１のパワーと、の相関関係を示す、輝度−第１反射光Ｒ１のパワー間の相関データを記憶している。撮影素子部１３は、検出した回転台３上の被照射面での拡散反射光の輝度と、輝度−第１反射光Ｒ１のパワー間の相関データと、を用いて第１反射光Ｒ１のパワーを算出することで、第１反射光Ｒ１のパワーを検出できる。撮影素子部１３は、算出により得られた第１反射光Ｒ１のパワーを判定部１０に送信する。
【０１０８】
また、撮影素子部１３は、反射ミラー７の被照射面にレーザ光Ｌが照射された際に、反射ミラー７の被照射面で発生して撮影素子部１３で検出される拡散反射光の輝度と、反射ミラー７の被照射面で発生する第２反射光Ｒ２のパワーと、の相関関係を示す、輝度−第２反射光Ｒ２のパワー間の相関データを記憶している。撮影素子部１３は、検出した回転台３上の被照射面での拡散反射光の輝度と、輝度−第２反射光Ｒ２のパワー間の相関データと、を用いて第２反射光Ｒ２のパワーを算出することで、第２反射光Ｒ２のパワーを検出できる。撮影素子部１３は、算出により得られた第２反射光Ｒ２のパワーを判定部１０に送信する。
【０１０９】
判定部１０は、撮影素子部１３から受信した第１反射光Ｒ１のパワーの情報および第２反射光Ｒ２のパワーの情報を用いて、実施の形態１の場合と同様の処理を行うことができる。
【０１１０】
これにより、熱処理装置２４は、レーザ光Ｌの反射光の光強度が検出部９において検出可能なレーザ光Ｌの反射光の光強度の許容閾値を超える場合には撮影素子部１３を用いることによって、検出部９を損傷させることなく、レーザ照射部の温度の状態を検知可能となる。そして、熱処理装置２４は、生産能力の向上のために回転台３の回転速度を向上させるとともにレーザ光Ｌの出力を増加させた場合でも、検出部９を損傷させることなく、簡素な構成で高精度にレーザ照射部の温度の状態を検知可能となる。なお、レーザ光Ｌの出力の上限は、半導体基板および反射ミラー７のレーザ光Ｌに対する耐久性を考慮して、設定されればよい。
【０１１１】
図１３は、本発明の実施の形態４にかかる熱処理装置２４を用いた半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。実施の形態４にかかる熱処理装置２４を用いた実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態４にかかる熱処理装置２４を用いた熱処理方法を含む。実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造に用いられる半導体基板であってレーザ光が照射される照射対象物である半導体基板に不純物を注入する注入工程と、不純物が注入された半導体基板にレーザ光Ｌを照射する照射工程と、レーザ光Ｌが半導体基板の表面で反射された反射光のパワーを検出する検出工程と、検出された反射光のパワーの検出値に基づいて、半導体基板においてレーザ光Ｌが照射された領域の表面温度の変化の有無を判定する判定工程と、を有している。
【０１１２】
すなわち、ステップＳ１において、照射対象物３１となる半導体基板に不純物が注入される。つぎに、不純物が注入された半導体基板の熱処理が、熱処理装置２４を用いて行われる。図１３に示すように半導体基板の熱処理の手順は、基本的に、実施の形態１にかかる熱処理装置２１の熱処理動作と同じである。
【０１１３】
上記の注入工程は、ステップＳ１により実施可能である。照射工程は、ステップＳ１０からステップＳ６０、ステップＳ９０およびステップＳ１００により実施可能である。検出工程は、ステップＳ７０およびステップＳ１１０により実施可能である。判定工程は、ステップＳ８０およびステップＳ１２０により実施可能である。
【０１１４】
ただし、実施の形態４にかかる熱処理装置２４においては、ステップＳ７０およびステップＳ１１０の検出工程において、第１反射光Ｒ１のパワーおよび第２反射光Ｒ２のパワーは、上記のようにして撮影素子部１３によって取得される。
【０１１５】
また、照射対象物３１は、半導体基板に限定されない。また、半導体基板を照射対象物３１とした熱処理は実施の形態４にかかる熱処理装置２４を用いた場合に限定されない。上述した実施の形態１にかかる熱処理装置２１、実施の形態２にかかる熱処理装置２２および実施の形態３にかかる熱処理装置２３を用いて半導体基板を照射対象物３１とした熱処理を行ってもよい。
【０１１６】
上述したように、本実施の形態４にかかる熱処理装置２４は、実施の形態１にかかる熱処理装置２１の有する効果に加え、回転台３の回転速度の向上およびレーザ光Ｌの出力の増加により生産能力が向上する、という効果が得られる。
【０１１７】
また、検出部９は反射光を直接測定するため、熱処理装置の各構成部は、「照射対象物３１へのレーザ光Ｌの入射角度＝照射対象物３１でのレーザ光Ｌの反射角度」となる位置に微調整して設置される。
【０１１８】
一方、撮影素子部１３は、回転台３上の被照射面での拡散反射光を検出できる位置に配置できればよく、設置位置の自由度が大きい。これにより、本実施の形態４にかかる熱処理装置２４は、レーザ光Ｌの反射光の検出のための構成の自由度が向上する、という効果がある。
【０１１９】
なお、上記においては、実施の形態１にかかる熱処理装置２１に対して撮影素子部１３を追加した形態について示したが、実施の形態２にかかる熱処理装置２２または実施の形態３にかかる熱処理装置２３に対して撮影素子部１３を追加してもよい。実施の形態２にかかる熱処理装置２２に対して撮影素子部１３を追加した場合および実施の形態３にかかる熱処理装置２３に対して撮影素子部１３を追加した場合においても、上述した撮影素子部１３を備えることによる、生産能力の向上およびレーザ光Ｌの反射光の検出のための構成の自由度の向上の効果が得られる。
【０１２０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１  レーザ発振部、２  光学系、２ａ  コリメーションレンズ、２ｂ  対物レンズ、３  回転台、３ａ  基体、３ｂ  支軸、３ｃ  面内中心、４  光学系移動部、５  第１制御部、６  レーザ出力測定部、７  反射ミラー、８  光ファイバー、９  検出部、１０  判定部、１１  第２制御部、１２  減衰フィルター、１３  撮影素子部、２１，２２，２３，２４  熱処理装置、３１  照射対象物、１０１  プロセッサ、１０２  メモリ、Ｌ  レーザ光、Ｒ１  第１反射光、Ｒ２  第２反射光。
【図１】
2018142958.tif 000003
【図２】
2018142958.tif 000004
【図３】
2018142958.tif 000005
【図４】
2018142958.tif 000006
【図５】
2018142958.tif 000007
【図６】
2018142958.tif 000008
【図７】
2018142958.tif 000009
【図８】
2018142958.tif 000010
【図９】
2018142958.tif 000011
【図１０】
2018142958.tif 000012
【図１１】
2018142958.tif 000013
【図１２】
2018142958.tif 000014
【図１３】
2018142958.tif 000015
【国際調査報告】
2018142958.tif 000016
2018142958.tif 000017
2018142958.tif 000018
2018142958.tif 000019