(57)【要約】【課題】基板の局所的な浮き上がりを検出することが可能なレーザアニール装置提供する。【解決手段】レーザ光源から出力されたレーザビームが入射する位置にアニール対象の基板が保持される。参照用光源から出力された参照光が基板に入射する。基板の表面に入射する参照光の反射光をイメージセンサが受光する。イメージセンサで検出された反射光の検出結果に基づいて、制御装置が、ステージからの基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する。【選択図】図１
2017028017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザビームが入射する位置にアニール対象の基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に参照光を入射させる参照用光源と、
前記基板の表面に入射する前記参照光の反射光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサで検出された前記反射光の検出結果に基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する制御装置と
を有するレーザアニール装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記イメージセンサの受光面内における前記反射光の入射位置に基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記イメージセンサの受光面内における前記反射光の入射領域の大きさに基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記イメージセンサの受光面に入射する前記反射光の強度に基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記ステージを制御して、前記基板を面内方向に移動させながら、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームを前記基板に入射させ、
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定されたときの前記基板の面内における前記参照光の入射位置を、浮き上がり位置情報として記憶する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記ステージを制御して、前記基板を面内方向に移動させながら、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームを前記基板に入射させ、
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定されたとき、前記レーザ光源からの前記レーザビームの出力を一時的に停止し、
前記レーザビームの出力の停止後、前記レーザビームの出力条件を変更して、前記レーザビームの出力を再開する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記ステージを制御して、前記基板を面内方向に移動させながら、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームを前記基板に入射させ、
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定されたとき、前記レーザ光源からの前記レーザビームの出力を一時的に停止し、
前記レーザビームの出力の停止後、前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定された箇所を含むアニール除外領域に前記レーザビームを入射させない制御を行い、
前記アニール除外領域以外の領域には、前記局所的な浮き上がりが有ると判定された時点よりも前の条件と同一の条件で前記レーザビームを入射させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項８】
下地部材と、前記下地部材に接着剤で貼り付けられたアニール対象の基板とを含む複合基板を、前記下地部材がステージに対向する姿勢で、前記ステージに吸着する工程と、
前記ステージに吸着された前記複合基板にレーザビームを入射させるとともに、入射位置を前記複合基板の面内で移動させる工程と、
前記レーザビームの、前記複合基板への入射位置に参照光を入射させる工程と、
前記複合基板からの前記参照光の反射光をイメージセンサで受光する工程と、
前記イメージセンサによる前記反射光の検出結果に基づいて、前記下地部材からの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する工程と
を有するレーザアニール方法。
【請求項９】
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定された場合、前記レーザビームの入射を一時的に停止し、前記レーザビームの出力条件を変更して、前記レーザビームの入射を再開する請求項８に記載のレーザアニール方法。
【請求項１０】
前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定された場合、前記レーザビームの入射を一時的に停止し、
前記レーザビームの出力の停止後、前記基板の局所的な浮き上がりが有ると判定された箇所を含むアニール除外領域には前記レーザビームを入射させず、
前記アニール除外領域以外の領域には、前記局所的な浮き上がりが有ると判定された時点よりも前の条件と同一の条件で前記レーザビームを入射させる請求項８に記載のレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造工程では、基板の背面から１〜３μｍ程度の深い領域にバッファ層が形成される。このため、深い領域にイオン注入されたドーパントを活性化させる必要がある。特許文献１に、深い領域に注入されたドーパントの活性化アニールに適したレーザアニール装置が開示されている。このレーザアニール装置では、レーザダイオードに、トップフラットの時間波形を有するパルス電流が供給される。これにより、低いピークパワー密度でも、十分なアニールを行うことができる。
【０００３】
レーザアニール対象の基板は、レーザビームに照射されるアニール面とは反対側の非アニール面に、樹脂フィルム、ガラス基板等の支持部材が貼り付けられている。基板と支持部材との貼り付けには接着剤が用いられる。支持部材が貼り付けられた基板が、レーザアニール装置のステージに吸着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７４０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
支持部材が貼り付けられた基板がステージに吸着されるため、通常は、レーザアニール時に基板が加熱されて熱膨張しても基板はステージに吸着されたままである。ところが、接着剤層まで熱が伝わり、接着力が弱まるか、または接着剤が熱分解してしまう場合がある。接着力が弱まるか、接着剤が熱分解すると、基板の熱膨張によって基板が局所的に浮き上がる場合がある。基板が浮き上がって、基板表面がレーザビームの焦点深度の範囲から外れてしまうと、アニール条件が適切な条件からずれてしまう。基板の温度が低下すると、熱膨張が収まり、浮き上がっていた部分が元に戻るため、浮き上がりが生じていたか否かをアニール後に判定することが困難である。このため、適切な条件でアニールが行われなかった不良が見逃されてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、基板の局所的な浮き上がりを検出することが可能なレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザビームが入射する位置にアニール対象の基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に参照光を入射させる参照用光源と、
前記基板の表面に入射する前記参照光の反射光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサで検出された前記反射光の検出結果に基づいて、前記ステージからの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する制御装置と
を有するレーザアニール装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によると、
下地部材と、前記下地部材に接着剤で貼り付けられたアニール対象の基板とを含む複合基板を、前記下地部材がステージに対向する姿勢で、前記ステージに吸着する工程と、
前記ステージに吸着された前記複合基板にレーザビームを入射させるとともに、入射位置を前記複合基板の面内で移動させる工程と、
前記レーザビームの、前記複合基板への入射位置に参照光を入射させる工程と、
前記複合基板からの前記参照光の反射光をイメージセンサで受光する工程と、
前記イメージセンサによる前記反射光の検出結果に基づいて、前記下地部材からの前記基板の局所的な浮き上がりの有無を判定する工程と
を有するレーザアニール方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
基板に局所的な浮き上がりが発生すると、反射光の状態が変化する。この状態の変化が、イメージセンサによる反射光の検出結果の変化として現れる。従って、イメージセンサによる反射光の検出結果に基づいて、基板の浮き上がりの有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例によるレーザアニール装置の概略図である。
【図２】図２Ａは、図１に示したレーザアニール装置のステージ、及びステージに保持された基板の断面図であり、図２Ｂは、イメージセンサの受光面を示す図である。
【図３】図３Ａは、基板が局所的に浮き上がった状態の断面図であり、図３Ｂは、イメージセンサの受光面を示す図である。
【図４】図４Ａは、基板が局所的に浮き上がった他の状態の断面図であり、図４Ｂは、イメージセンサの受光面を示す図である。
【図５】図５Ａは、アニール中における反射光の入射領域の位置の時間変化の一例を示すグラフであり、図５Ｂは、アニール中における反射光の入射領域の大きさの時間変化の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例によるレーザアニール方法のフローチャートである。
【図７】図７は、他の実施例によるレーザアニール装置の概略図である。
【図８】図８は、図７に示したレーザアニール装置の検出系の概略図である。
【図９】図９は、基板の表面内におけるレーザビームのビームスポットの中心の軌跡を示す概念図である。
【図１０】図１０は、他の実施例によるレーザアニール方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１〜図６を参照して、実施例によるレーザアニール装置及びレーザアニール方法について説明する。
【００１２】
図１に、実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。レーザ光源１０がパルスレーザビームを出力する。レーザ光源１０から出力されたパルスレーザビームのビームプロファイルが、均一化光学系１１によって均一化される。均一化光学系１１を通過したパルスレーザビームが、ダイクロイックミラー１２に入射する。ダイクロイックミラー１２は、レーザ光源１０から出力されるパルスレーザビームの波長域の光を反射する。ダイクロイックミラー１２で反射されたパルスレーザビームが、レンズ１３で収束されて、アニール対象である基板３０に入射する。基板３０は、ステージ３１に保持されている。基板３０は、例えばドーパントイオンが注入されたシリコンウエハである。
【００１３】
ステージ３１は、制御装置３５から制御されて、基板３０を面内方向に移動させる。基板３０を移動させながらパルスレーザビームを入射させることにより、基板３０の表面の全域をアニールすることができる。
【００１４】
参照用光源２０から出力された参照光が、ステージ３１に保持された基板３０に入射する。参照光の入射位置は、パルスレーザビームの入射位置と同一である。なお、両者のビームスポットの形状及び大きさは、必ずしも同一である必要はない。参照光は、基板３０の表面で反射される。この反射光がイメージセンサ２１に入射する。イメージセンサ２１には、ラインセンサ、二次元センサ等が用いられる。
【００１５】
次に、参照光及び反射光の伝搬光学系の構成について説明する。参照用光源２０が参照光を出力する。参照用光源２０には、例えばＨｅＮｅレーザ発振器を用いることができる。ＨｅＮｅレーザ発振器の出力波長は約６３３ｎｍである。参照用光源２０から出力されたレーザビームが１／２波長板２２を透過した後、偏光ビームスプリッタ２３で分岐される。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ２３を直進した参照光は、参照光検出器２４に入射する。偏光ビームスプリッタ２３で反射した参照光は、１／４波長板２５、複数の全反射ミラー２６、ダイクロイックミラー１２、レンズ１３を経由して、基板３０に垂直入射する。ダイクロイックミラー１２は、参照光の波長域の光を透過させる。
【００１７】
基板３０に入射した参照光の反射光が、同一の経路を逆方向に辿り、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。参照光と反射光が、それぞれ１／４波長板２５を通過しているため、反射光は偏光ビームスプリッタ２３を直進する。偏光ビームスプリッタ２３を直進した反射光が、イメージセンサ２１に入射する。
【００１８】
イメージセンサ２１による反射光の検出結果、及び参照光検出器２４により測定された参照光の強度の測定値が制御装置３５に入力される。制御装置３５は、レーザ光源１０からのパルスレーザビームの出力、ステージ３１の移動、参照用光源２０からの参照光の出力を制御する。制御装置３５に含まれる記憶装置３６に、制御プログラム、制御に必要な種々のデータが記憶されている。
【００１９】
入力装置３７を通して、レーザアニール装置を動作させるための種々のコマンドや、アニール処理で用いられるデータが入力される。入力されたコマンドに対する応答、アニール処理結果等が、出力装置３８に出力される。出力装置３８には、液晶表示装置等を用いることができる。入力装置３７には、キーボード、ポインティングデバイス等を用いることができる。
【００２０】
図２Ａに、ステージ３１、及び基板３０を含む複合基板３４の断面図を示す。アニール対象の基板３０が、下地部材３２に貼り付けられている。基板３０と下地部材３２との間に接着層３３が介在する。接着層３３には、例えば高分子接着剤を用いることができる。基板３０は、例えばシリコンウエハである。下地部材３２は、例えば樹脂フィルム、ガラス基板等である。基板３０、下地部材３２、及び接着層３３により複合基板３４が構成される。
【００２１】
下地部材３２がステージ３１に対向する姿勢で、複合基板３４がステージ３１に吸着されて固定されている。複合基板３４を固定する機構として、例えば真空チャックを用いることができる。基板３０に、レーザ光源１０（図１）から出力されたパルスレーザビームＬ０が入射する。パルスレーザビームＬ０の入射位置と同じ位置に、参照用光源２０（図１）から出力された参照光Ｌ１が入射する。参照光Ｌ１の反射光Ｌ２が、参照光Ｌ１の入射経路を逆方向に進む。
【００２２】
図２Ｂに、イメージセンサ２１（図１）の受光面２７を示す。反射光Ｌ２（図２Ａ）が受光面２７のほぼ中心に入射することにより、反射光Ｌ２の入射領域４０が受光面２７のほぼ中心に形成される。受光面２７に、浮き上がりが生じていないときの反射光Ｌ２の典型的な入射領域（以下、基準領域４１という。）が定義されている。基板３０に浮き上がりが生じていないとき、入射領域４０は基準領域４１とほぼ一致する。
【００２３】
図３Ａに、基板３０が局所的に浮き上がった状態の断面図を示す。基板３０にパルスレーザビームＬ０が入射することにより、接着層３３の一部の接着剤が熱分解する。接着剤の熱分解によって気泡が発生することにより、基板３０がステージ３１から局所的に浮き上がる。浮き上がった部分に凸部３０Ａが形成される。なお、気泡が発生しない場合でも、浮き上がりは発生し得る。例えば、接着層３３が加熱されることによる接着力の低下及び基板３０の熱膨張によって、局所的な浮き上がりが生じ得る。
【００２４】
基板３０の局所的な浮き上がりによって、基板３０の表面が凸面になる。このため、浮き上がりが生じていない場合に比べて、反射光Ｌ２の拡がり角が変化する。
【００２５】
図３Ｂに、浮き上がりが発生したとき（図３Ａ）のイメージセンサ２１（図１）の受光面２７を示す。反射光Ｌ２の拡がり角が変化するため、浮き上がりが生じたときの入射領域４０の大きさが、基準領域４１の大きさから変化する。図３Ｂでは、入射領域４０が基準領域４１より大きくなった例を示しているが、光学系の構成によっては、入射領域４０が基準領域４１より小さくなる場合もある。
【００２６】
図４Ａに、基板３０が局所的に浮き上がった他の状態の断面図を示す。図３Ａでは、参照光Ｌ１が基板３０に垂直入射し、垂直方向に反射する例を示した。図４Ａでは、参照光Ｌ１が凸部３０Ａの頂部からずれた傾斜した箇所に入射する。このため、参照光Ｌ１は、垂直方向からややずれた方向に反射するとともに、反射光Ｌ２の拡がり角も変化する。
【００２７】
図４Ｂに、イメージセンサ２１（図１）の受光面２７を示す。反射光Ｌ２（図４Ａ）が、参照光Ｌ１の入射経路とは異なる経路を伝搬するため、浮き上がりが生じたときの入射領域４０の位置が、基準領域４１の位置から変化する。さらに、反射光Ｌ２の拡がり角も変化するため、入射領域４０の大きさも、基準領域４１の大きさから変化する。入射領域４０が受光面２７から部分的に、または完全に外れてしまう場合もある。入射領域４０が受光面２７から部分的に外れると、反射光Ｌ２の強度の検出値が低下する。入射領域４０が受光面２７から完全に外れると、反射光の強度の検出値が０になる。
【００２８】
図３Ａ〜図４Ｂに示したように、イメージセンサ２１で検出された反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、ステージ３１からの基板３０の局所的な浮き上がりの有無を判定することができる。例えば、反射光Ｌ２の入射領域４０の位置及び大きさを、基準領域４１の位置及び大きさと比較することにより、浮き上がりの有無を判定することができる。または、反射光Ｌ２の強度の検出値に基づいて、浮き上がりの有無を判定することができる。
【００２９】
イメージセンサ２１にラインセンサが用いられる場合には、入射領域４０の位置は、一次元座標で表される。入射領域４０の大きさは、一次元空間における寸法、すなわち直線の長さで表される。
【００３０】
図５Ａに、アニール中における入射領域４０の位置の時間変化の一例を示す。浮き上がりが生じていないときには、入射領域４０の中心点が許容範囲４３内に位置する。浮き上がりが発生すると、入射領域４０の中心位置が許容範囲４３から外れる。入射領域４０の中心位置が許容範囲４３から外れた場合、基板３０に局所的な浮き上がりが発生したと判定される。
【００３１】
図５Ｂに、アニール中における入射領域４０の大きさの時間変化の一例を示す。浮き上がりが生じていないときには、入射領域４０の大きさが許容範囲４４内に位置する。浮き上がりが発生すると、入射領域４０の大きさが許容範囲４３から外れる。入射領域４０の大きさが許容範囲４４から外れた場合、基板３０に局所的な浮き上がりが発生したと判定される。
【００３２】
局所的な浮き上がりが発生すると、入射領域４０の位置及び大きさが急激に変化する。従って、入射領域４０の位置の変化、または大きさの変化の傾きに基づいて、局所的な浮き上がりが発生したか否かを判定することができる。例えば、入射領域４０の位置または大きさの変化の傾きが、ある閾値を超えたら、局所的な浮き上がりが発生したと判定することができる。
【００３３】
図６に、実施例によるレーザアニール方法のフローチャートを示す。各ステップは、制御装置３５が制御プログラムを実行することにより実現される。ステップＳ１において、複合基板３４（図２Ａ）をステージ３１（図１）に吸着する。例えば、搬送装置が複合基板３４をストック場所から搬出し、ステージ３１の上まで移送する。ステージ３１に複合基板３４が載せられた後、ステージ３１の真空チャックを動作させて複合基板３４を吸着する。
【００３４】
ステップＳ２において、レーザ光源１０（図１）からのパルスレーザビームの出力、ステージ３１の移動、及び参照用光源２０からの参照光の出力を開始する。ステップＳ３において、基板３０の全域のアニールが終了したか否かを判定する。全域のアニールが終了したら、レーザアニール装置の動作を終了する。なお、未処理の次の基板３０のアニール処理を開始してもよい。
【００３５】
基板３０の全域のアニールが終了していない場合には、ステップＳ４において、イメージセンサ２１による反射光の検出結果に基づいて、基板３０の局所的な浮き上がりが発生しているか否かを判定する。この判定は、図５Ａまたは図５Ｂを参照して説明したように、入射領域４０の位置または大きさに基づいて行うことができる。または、反射光の強度の検出値に基づいて判定することも可能である。
【００３６】
基板３０の局所的な浮き上がりが発生していないと判定された場合には、ステップＳ３に戻ってアニール処理を継続する。基板３０の局所的な浮き上がりの発生があると判定された場合には、ステップＳ６において、基板３０の表面内の、現時点の参照光の入射位置情報を記憶装置３６に記憶する。
【００３７】
ステップＳ７において、レーザ光源１０（図１）からのパルスレーザビームの出力、ステージ３１の移動、及び参照用光源２０からの参照光の出力を一時的に停止する。ステップＳ８において、レーザ出力条件を変更する。例えば、パルスレーザビームの光強度を高めるとともに、パルス幅を短くする。光強度とパルス幅を調整することにより、１パルスあたりのエネルギを低くすることができる。１パルスあたりのエネルギが低くなることにより、基板３０の背面（非アニール面）の温度上昇を抑制することができる。これにより、接着層３３の過度の温度上昇が抑制され、局所的な浮き上がりが発生し難くなる。
【００３８】
レーザ出力条件を変更した後、ステップＳ２に戻って、レーザ光源１０（図１）からのパルスレーザビームの出力、ステージ３１の移動、及び参照用光源２０からの参照光の出力を再開する。
【００３９】
上記実施例では、局所的な浮き上がりが生じたと判定された箇所の、基板３０の表面内における位置情報が記憶される（ステップＳ６）。アニール終了後に、局所的な浮き上がりが生じたと判定された箇所の位置情報が、出力装置３８に出力される。この位置情報は、アニール処理後の基板３０の評価を行う際の重要な情報となる。
【００４０】
また、上記実施例では、浮き上がりが生じたと判定された場合には、以後のレーザ出力条件が、浮き上がりの生じ難い条件に変更される。このため、局所的な浮き上がりが生じたと判定された箇所の後にアニール処理が行われる領域において、浮き上がりの発生を抑制することができる。
【００４１】
次に、図７〜図１０を参照して、他の実施例によるレーザアニール装置について説明する。以下、図１〜図６に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００４２】
図７に、本実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。このレーザアニール装置は、第１のレーザ光源５１、及び第２のレーザ光源６１を有する。第１のレーザ光源５１には、レーザダイオードが用いられる。第１のレーザ光源５１は、例えば波長８０８ｎｍのパルスレーザビームを出力する。第２のレーザ光源６１は、固体レーザ発振器６１Ａ及び６１Ｂで構成される。固体レーザ発振器６１Ａ及び６１Ｂは、緑色域の波長を有するパルスレーザビームを出力する。固体レーザ発振器６１Ａ及び６１Ｂには、例えば２次高調波を出力するＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ等が用いられる。
【００４３】
第１のレーザ光源５１から出力されたパルスレーザビーム、及び第２のレーザ光源６１から出力されたパルスレーザビームが、伝搬光学系５７を経由して、アニール対象の基板３０に入射する。第１のレーザ光源５１から出力されたパルスレーザビームと、第２のレーザ光源６１から出力されたパルスレーザビームとは、基板３０の表面の同一の領域に入射する。基板３０はステージ３１に保持されている。
【００４４】
次に、伝搬光学系５７の構成及び作用について説明する。第１のレーザ光源５１から出力されたパルスレーザビームが、アッテネータ５２、ビームエキスパンダ５３、ビームホモジナイザ５４、ダイクロイックミラー５５、及びレンズ５６を経由して、基板３０に入射する。
【００４５】
一方の固体レーザ発振器６１Ａから出力されたパルスレーザビームが、アッテネータ６２Ａ及びビームエキスパンダ６３Ａを経由して、偏光ビームスプリッタ６５に入射する。他方の固体レーザ発振器６１Ｂから出力されたパルスレーザビームが、アッテネータ６２Ｂ、ビームエキスパンダ６３Ｂ、及びミラー６４を経由して、偏光ビームスプリッタ６５に入射する。２つの固体レーザ発振器６１Ａ、６１Ｂから出力されたパルスレーザビームが、偏光ビームスプリッタ６５で合流し、共通の経路に沿って伝搬する。
【００４６】
偏光ビームスプリッタ６５で１本の経路に合流したパルスレーザビームは、ビームホモジナイザ６６、ダイクロイックミラー６７、ダイクロイックミラー５５、及びレンズ５６を経由して、基板３０に入射する。
【００４７】
ダイクロイックミラー５５は、８００ｎｍの波長域の光を反射し、その他の波長域の光を透過させる。ダイクロイックミラー６７は、緑色の波長域の光を反射し、その他の波長域の光を透過させる。制御装置３５が、第１のレーザ光源５１、第２のレーザ光源６１、及びステージ３１を制御する。
【００４８】
基板３０からの熱放射光が、レンズ５６、ダイクロイックミラー５５及び６７を透過して、検出系７０に入射する。検出系７０は、参照用光源２０（図１）を含み、参照光を出力する。検出系７０から出力された参照光が、ダイクロイックミラー６７、５５を透過し、レンズ５６で収束されて基板３０に入射する。基板３０からの反射光が、参照光と同一の経路を逆方向に辿って検出系７０に入射する。
【００４９】
第１のレーザ光源５１から出力されたパルスレーザビームは、主として基板３０の深い領域を加熱する。これにより、深い領域のドーパントが活性化する。第１のレーザ光源５１または第２のレーザ光源６１が、図１〜図６の実施例のレーザ光源１０に対応する。なお、第１のレーザ光源５１によるドーパントの活性化で浅い領域のドーパントも同時に活性化されるため、後述する第２のレーザ光源６１によるレーザアニールは、必要に応じて実施すればよい。
【００５０】
第２のレーザ光源６１の２つの固体レーザ発振器６１Ａ、６１Ｂから出力されるパルスレーザビームのパルス幅は、１００ｎｓ程度である。すなわち、第１のレーザ光源５１から出力されるパルスレーザビームのパルス幅の１／１００より短い。また、固体レーザ発振器６１Ａ、６１Ｂから出力されるパルスレーザビームのピーク強度は、第１のレーザ光源５１から出力されるパルスレーザビームのピーク強度よりも十分大きい。第２のレーザ光源６１から出力された短パルスかつ高強度のパルスレーザビームは、基板３０の表層部を溶融させる。溶融した表層部が再結晶化するときに、ドーパントが活性化する。第２のレーザ光源６１は、相対的に浅い領域のドーパントの活性化に用いられる。なお、深い領域の活性化が不要な場合には、第１のレーザ光源５１を使用せず、第２のレーザ光源６１のみによってレーザアニール処理を行なってもよい。
【００５１】
図８に、検出系７０の概略図を示す。参照用光源２０、イメージセンサ２１、１／２波長板２２、偏光ビームスプリッタ２３、参照光検出器２４、１／４波長板２５、及び全反射ミラー２６の構成は、図１に示した実施例の構成と同一である。
【００５２】
参照用光源２０から出力され、全反射ミラー２６で反射した参照光は、ダイクロイックミラー７２を透過し、ダイクロイックミラー７１で反射され、全反射ミラー１４で反射された後、伝搬光学系５７を経由して基板３０（図７）に入射する。ダイクロイックミラー７１は、１μｍ以上の波長域の光を透過させ、６００ｎｍ以上１μｍ未満の波長域の光を反射する。ダイクロイックミラー７２は、８６０ｎｍ以上９４０ｎｍ以下の波長域の光を反射し、波長６３３ｎｍの光を透過させる。
【００５３】
基板３０からの反射光は、参照光の入射経路を反対方向に辿って、偏光ビームスプリッタ２３に入射し、偏光ビームスプリッタ２３を直進する。偏光ビームスプリッタ２３を直進した反射光の一部が、ビームスプリッタ２８で反射してイメージセンサ２１に入射する。ビームスプリッタ２８には、例えばハーフミラーを用いることができる。反射光の一部はビームスプリッタ２８を透過し、レンズ７８で収束されて反射光検出器７９に入射する。
【００５４】
基板３０にパルスレーザビームが入射して加熱されると、加熱された部分から熱放射光が放射される。伝搬光学系５７から検出系７０に入射した熱放射光のうち、１μｍ未満の波長域の光は、ダイクロイックミラー７１及び７２で反射し、レンズ７３で収束された後、表面温度検出器７４に入射する。表面温度検出器７４には、例えばアバランシェフォトダイオードを用いることができる。
【００５５】
表面温度検出器７４には、短パルスによる短時間の溶融を検出するために、高速応答性が求められる。表面温度検出器７４にアバランシェフォトダイオードを用いることにより、十分な高速応答性を確保することができる。
【００５６】
伝搬光学系５７から検出系７０に入射した熱放射光のうち、１μｍよりも長い波長域の光は、ダイクロイックミラー７１を透過した後、レンズ１６で収束されて赤外線検出器１７に入射する。
【００５７】
１μｍより長い波長域の光は、シリコンウエハを透過する。このため、波長が１μｍより長い熱放射光は、シリコンからなる基板３０の深い領域からも外部に放射される。これに対し、波長が１μｍより短い熱放射光は、基板３０によって吸収されやすいため、深い領域で発生した波長１μｍより短い熱放射光は、基板３０の外部まで達しにくい。このため、１μｍより短い波長の熱放射光の強度には、主に浅い領域の温度情報が反映される。これに対し、１μｍより長い波長の熱放射光の強度には、浅い領域と深い領域との両方の温度情報が反映される。
【００５８】
実施例においては、１μｍより短い波長域の熱放射光が表面温度検出器７４で検出され、１μｍより長い波長域の熱放射光が、赤外線検出器１７で検出される。このため、表面温度検出器７４の検出結果によって基板３０の浅い領域の温度情報を得ることができ、赤外線検出器１７の検出結果によって基板３０の深い領域の温度情報を得ることができる。
【００５９】
参照光検出器２４の検出結果、及び反射光検出器７９の検出結果に基づいて、基板３０の表面の反射率を算出することができる。基板３０の表面が溶融すると、反射率が変化する。このため、反射率に基づいて、基板３０の表面が溶融したか否かを判定することができる。
【００６０】
参照光は、基板３０の表面が溶融したか否かを判定する用途、及び基板３０の局所的な浮き上がりの発生の有無を判定する用途の両方に用いることができる。
【００６１】
次に、本実施例によるレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法について説明する。
【００６２】
図９に、基板３０の表面内におけるレーザビームのビームスポット８０の中心の軌跡８１を示す。ビームスポット８０は、一方向に長い長尺の形状を有する。ビームスポット８０の長手方向をｙ方向とし、それに直交する方向をｘ方向とするｘｙ直交座標系を定義する。パルスレーザビームの、ｘ方向への主走査と、ｙ方向への副走査とを繰り返すことにより、基板３０の全域がアニールされる。
【００６３】
主走査の期間中に、時間軸上で相互に隣り合うショットの入射領域は、相互に部分的に重なる。重複率は、例えば５０％以上９９％以下である。同様に、ｙ方向への副走査の前と後のショットの入射領域も、相互に部分的に重なる。重複率は、例えば５０％である。
【００６４】
基板３０の局所的な浮き上がりが検出されたときのビームスポット８０の中心点を、浮き上がり検出箇所９０と呼ぶこととする。浮き上がり検出箇所９０、及びその周辺の領域を、アニール除外領域９１と定義する。本実施例においては、アニール除外領域９１が定義された後は、アニール除外領域９１の内部にレーザビームを入射させない制御が行われる。例えば、パルスレーザビームの入射する領域がアニール除外領域９１の内部に位置する場合には、第１のレーザ光源５１及び第２のレーザ光源６１（図７）からのパルスレーザビームの出力を一時的に停止させる。または、パルスレーザビームの経路にシャッタを配置し、このシャッタを閉じることによって、パルスレーザビームの入射を停止させることも可能である。
【００６５】
アニール除外領域９１は、例えば浮き上がり検出箇所９０を中心とし、ｘ方向及びｙ方向と平行な辺を持つほぼ正方形の領域とすることができる。アニール除外領域９１の一辺の長さは、例えば、ビームスポット８０の長手方向の寸法の３倍以上５倍以下とする。その他に、アニール除外領域９１を、浮き上がり検出箇所９０を中心とする円形としてもよい。
【００６６】
図９では、既にパルスレーザビームが入射した領域、及び入射予定の領域のビームスポット８０の中心の軌跡８１を実線で表している。パルスレーザビームの入射を中断させている期間に、パルスレーザビームを入射させたと仮定したときのビームスポット８０の中心の軌跡８２を破線で表している。
【００６７】
図１０に、本実施例によるレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法のフローチャートを示す。以下、図６に示したレーザアニール方法との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００６８】
ステップＳ３において全域のアニールが終了していないと判定された場合、ステップＳ１１において、レーザビームの入射位置、例えばビームスポット８０（図９）の中心位置がアニール除外領域９１（図９）の内側のとき、パルスレーザビームの基板３０への入射を一時的に中断させる制御を実行する。パルスレーザビームの入射が中断されている期間も、ステージ３１の移動は継続する。レーザビームの入射位置がアニール除外領域９１（図９）から外れると、基板３０へのパルスレーザビームの入射を再開する。パルスレーザビームの入射位置がアニール除外領域９１の外部に位置する限りは、図６に示した実施例と同様に、基板３０へのパルスレーザビームの入射が継続する。
【００６９】
ステップＳ１２において、イメージセンサ２１及び表面温度検出器７４（図８）の検出結果に基づいて、基板３０の浮き上がりの有無を判定する。図１〜図６に示した実施例では、イメージセンサ２１の検出結果のみに基づいて、基板３０の浮き上がりの有無を判定した。
【００７０】
基板３０の浮き上がりには、基板３０が過度に加熱されることに起因するもの（以下、「蓄熱による浮き上がり」という。）と、製造工程の不良に起因するもの（以下、「製造不良による浮き上がり」という。）とが含まれる。製造工程の不良として、例えば接着層３３（図２Ａ）の接着剤の不良、基板３０の厚さ不足、基板３０と下地部材３２（図２Ａ）との間への異物混入等が考えられる。
【００７１】
イメージセンサ２１の検出結果のみでは、蓄熱による浮き上がりと、製造不良による浮き上がりとを区別することができない。イメージセンサ２１の検出結果と、表面温度検出器７４の検出結果とを併用することにより、蓄熱による浮き上がりと、製造不良による浮き上がりとを区別することが可能になる。
【００７２】
基板３０への蓄熱量が増加して、ある上限値を超えると、蓄熱による浮き上がりが発生する。従って、蓄熱による浮き上がりが発生する前は、基板３０への蓄熱量が徐々増大すると考えられる。蓄熱量の増大により、パルスレーザビームのショットごとに、表面温度検出器７４の検出結果から求まる表面温度の上昇が観測される。これに対し、製造不良による浮き上がりが生じている場合には、浮き上がりの発生と蓄熱量とは無関係である。このため、表面温度検出器７４の検出結果から求まる表面温度の上昇は観測されない。表面温度の時刻歴に基づいて、浮き上がりが蓄熱によるものか、製造工程の不良によるものかを区別することができる。
【００７３】
ステップＳ７でレーザ出力、ステージ移動、参照光出力を停止させた後、ステップＳ１３において、浮き上がりの原因が製造工程の不良か否かを判定する。浮き上がりが蓄熱によるものである場合は、図６に示したレーザアニール方法の場合と同様に、ステップＳ８においてレーザ出力条件を変更する。浮き上がりが製造工程の不良によるものである場合、ステップＳ１４において、浮き上がり検出箇所９０（図９）を含む領域をアニール除外領域９１として定義する。アニール除外領域９１が定義された後、レーザ出力条件を変更することなく、ステップＳ２に戻る。
【００７４】
アニール除外領域９１が定義されると、ステップＳ１１において、アニール除外領域９１内へのパルスレーザビームの入射が中断される。
【００７５】
次に、本実施例の優れた効果について説明する。図６に示した方法では、浮き上がりが検出された場合、ステップＳ８においてレーザ出力条件が変更される。ところが、浮き上がりが蓄熱によるものではなく、製造工程の不良によるものである場合には、レーザ出力条件を変更する必要はない。例えば、浮き上がりが製造工程の不良によるものである場合に、パルスレーザビームのパルスエネルギを低下させると、パルスエネルギ低下後にアニールされた領域において、アニール不良が生じる可能性が高まる。
【００７６】
図１０に示した方法では、製造工程の不良による浮き上がりが発生している場合には、レーザ出力条件を変更しないため、アニール不良が生じる可能性が高くなることはない。
【００７７】
製造工程の不良による局所的な浮き上がり箇所からは、ステージ３１（図７）に熱が逃げにくい。このため、浮き上がりが無い領域よりも、レーザアニールによる温度の上昇が生じやすい。本実施例では、製造工程に不良による局所的な浮き上がりが検出された浮き上がり検出箇所９０を含むアニール除外領域９１にレーザビームを入射させないため、製造工程の不良による浮き上がりが発生している箇所の周辺の過度の温度上昇を抑制することができる。
【００７８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７９】
１０  レーザ光源
１１  均一化光学系
１２  ダイクロイックミラー
１３  レンズ
１４  全反射ミラー
１６  レンズ
１７  赤外線検出器
２０  参照用光源
２１  イメージセンサ
２２  １／２波長板
２３  偏光ビームスプリッタ
２４  参照光検出器
２５  １／４波長板
２６  全反射ミラー
２７  受光面
２８  ビームスプリッタ
３０  基板
３０Ａ  凸部
３１  ステージ
３２  下地部材
３３  接着層
３４  複合基板
３５  制御装置
３６  記憶装置
３７  入力装置
３８  出力装置
４０  反射光の入射領域
４１  基準領域
４３  反射光の入射領域の位置の許容範囲
４４  反射光の入射領域の大きさの許容範囲
５１  第１のレーザ光源
５２  アッテネータ
５３  ビームエキスパンダ
５４  ビームホモジナイザ
５５  ダイクロイックミラー
５６  レンズ
５７  伝搬光学系
６１  第２のレーザ光源
６１Ａ、６１Ｂ  固体レーザ発振器
６２Ａ、６２Ｂ  アッテネータ
６３Ａ、６３Ｂ  ビームエキスパンダ
６４  ミラー
６５  偏光ビームスプリッタ
６６  ビームホモジナイザ
６７  ダイクロイックミラー
７０  検出系
７１、７２  ダイクロイックミラー
７３  レンズ
７４  表面温度検出器
７８  レンズ
７９  反射光検出器
８０  ビームスポット
８１、８２  軌跡
９０  浮き上がり検出箇所
９１  アニール除外領域
Ｌ０  パルスレーザビーム
Ｌ１  参照光
Ｌ２  反射光
【図１】
2017028017.tif 000003
【図２】
2017028017.tif 000004
【図３】
2017028017.tif 000005
【図４】
2017028017.tif 000006
【図５】
2017028017.tif 000007
【図６】
2017028017.tif 000008
【図７】
2017028017.tif 000009
【図８】
2017028017.tif 000010
【図９】
2017028017.tif 000011
【図１０】
2017028017.tif 000012