JP5946209B2 - Laser annealing equipment with sheet resistivity measurement mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、シート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置に関し、さらに詳しくは、正しい測定結果を迅速に取得できると共に無駄なテスト実施を回避することが出来るシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus with a sheet resistivity measuring mechanism, and more particularly, to a laser annealing apparatus with a sheet resistivity measuring mechanism that can obtain a correct measurement result quickly and avoid unnecessary testing.
従来、長方形状のレーザ照射スポットにより被処理体の表面を走査するレーザアニール装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、プローブの探針をシリコンウェーハの表面に一定の荷重量で接触させてシート抵抗率を計測する半導体ウェーハ抵抗率測定装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
Conventionally, a laser annealing apparatus that scans the surface of an object to be processed with a rectangular laser irradiation spot is known (see, for example, Patent Document 1).
There is also known a semiconductor wafer resistivity measuring apparatus that measures the sheet resistivity by bringing the probe tip into contact with the surface of a silicon wafer with a constant load (see, for example, Patent Document 2).
従来、上記特許文献1に記載の如きレーザアニール装置でテスト用シリコン基板のレーザアニール処理を行った後、そのテスト用シリコン基板を上記特許文献2に記載の如き半導体ウェーハ抵抗率測定装置に移してシート抵抗率を測定し、その測定結果から適正なレーザアニール処理条件を求め、その求めたレーザアニール処理条件で製品用シリコン基板のレーザアニール処理を行っていた。
しかし、レーザアニール処理を行ったテスト用シリコン基板をレーザアニール装置から半導体ウェーハ抵抗率測定装置に移してシート抵抗率を測定しているため、次のような問題点があった。
(1)テスト用シリコン基板をレーザアニール装置から取り出して搬送する時に外気や搬送装置で表面が汚染され、正しい測定結果が得られないことがある。
(2)テスト用シリコン基板をレーザアニール装置から取り出して半導体ウェーハ抵抗率測定装置に搬送するのに時間が掛かり、測定結果が迅速に得られない。特に、1枚目のテスト用シリコン基板で適正なレーザアニール処理条件が得られなかった場合、新たなテスト用シリコン基板を用いて評価をやり直す必要があり、適正なレーザアニール処理条件が得られるまでに複数のテスト用シリコン基板が必要になると共に多くの時間が掛かる。
(3)テスト途中で適正なレーザアニール処理条件になっても、それが判らないため、1枚のテスト用シリコン基板について予定のテストを全て行うことになり、時間の無駄がある。
そこで、本発明の目的は、正しい測定結果を迅速に取得することが出来ると共に無駄なテスト実施を回避することが出来るシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置を提供することにある。
Conventionally, after performing a laser annealing process on a test silicon substrate with a laser annealing apparatus as described in
However, since the test silicon substrate subjected to the laser annealing treatment is transferred from the laser annealing apparatus to the semiconductor wafer resistivity measuring apparatus and the sheet resistivity is measured, there are the following problems.
(1) When the test silicon substrate is taken out from the laser annealing apparatus and transported, the surface is contaminated by outside air or the transport apparatus, and a correct measurement result may not be obtained.
(2) It takes time to take out the test silicon substrate from the laser annealing apparatus and transport it to the semiconductor wafer resistivity measuring apparatus, and the measurement result cannot be obtained quickly. In particular, if appropriate laser annealing conditions cannot be obtained with the first test silicon substrate, it is necessary to perform evaluation again using a new test silicon substrate, until appropriate laser annealing conditions are obtained. In addition, a plurality of test silicon substrates are required and much time is required.
(3) Since it is not known even if the appropriate laser annealing treatment condition is obtained during the test, all the scheduled tests are performed on one test silicon substrate, and time is wasted.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus with a sheet resistivity measuring mechanism that can quickly acquire a correct measurement result and avoid unnecessary use of a test.
第1の観点では、本発明は、シリコン基板(B)の表面をレーザ照射スポット(11)により走査するレーザアニール装置において、前記レーザ照射スポット(11)によるレーザ照射位置よりも走査方向後方の前記シリコン基板(B)の表面に接触し、かつz方向に移動可能な複数の電極(5a〜5d)と、前記走査中に前記複数の電極(5a〜5d)による前記シリコン基板(B)に対する接触圧力を一定にするアクチュエータ(9)と、前記走査中に前記電極(5b,5c)間の抵抗を測定するための抵抗測定回路(16)と、測定した抵抗からシート抵抗率を算出するシート抵抗率算出手段(17)とを具備したことを特徴とするシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)を提供する。
上記第1の観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)では、テスト用シリコン基板をレーザアニール装置から取り出して搬送しなくても、レーザアニール装置内でシート抵抗率を計測できるので、例えば外気や搬送装置で表面が汚染されることが無く、正しい測定結果が得られる。さらにテスト途中に適正なレーザアニール処理条件になったことが判るため、以後の無駄なテスト実施を回避できる。
In a first aspect, the present invention provides a laser annealing apparatus that scans the surface of a silicon substrate (B) with a laser irradiation spot (11), and the laser irradiation position (11) is behind the laser irradiation position in the scanning direction. A plurality of electrodes (5a to 5d) that are in contact with the surface of the silicon substrate (B) and are movable in the z direction, and a contact with the silicon substrate (B) by the plurality of electrodes (5a to 5d) during the scanning An actuator (9) for making the pressure constant, a resistance measuring circuit (16) for measuring a resistance between the electrodes (5b, 5c) during the scanning, and a sheet resistance for calculating a sheet resistivity from the measured resistance Provided is a laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism characterized by comprising a rate calculating means (17).
In the laser annealing apparatus (100) with the sheet resistivity measuring mechanism according to the first aspect, the sheet resistivity can be measured in the laser annealing apparatus without taking out and transporting the test silicon substrate from the laser annealing apparatus. For example, the surface is not contaminated by outside air or a transfer device, and a correct measurement result can be obtained. Furthermore, since it can be seen that the appropriate laser annealing treatment conditions have been reached during the test, it is possible to avoid unnecessary test execution thereafter.
第2の観点では、本発明は、前記第1の観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)において、レーザ照射強度に対する前記シート抵抗率の計測値から前記レーザ照射強度の適正値を求める演算手段(17)を具備したことを特徴とするシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)を提供する。
上記第2の観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)では、レーザアニール処理条件の一つであるレーザ照射強度の適正値を求めることが出来る。
In a second aspect, the present invention provides a laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism according to the first aspect, wherein an appropriate value of the laser irradiation intensity is calculated from the measured value of the sheet resistivity with respect to the laser irradiation intensity. Provided is a laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism characterized by comprising a calculating means (17) to be obtained.
In the laser annealing apparatus (100) with the sheet resistivity measuring mechanism according to the second aspect, an appropriate value of the laser irradiation intensity, which is one of the laser annealing treatment conditions, can be obtained.
第3の観点では、本発明は、前記第1または前記第2の観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)において、フォーカスレンズ−基板間距離に対する前記シート抵抗率の計測値から前記フォーカスレンズ−基板間距離の適正値を求める演算手段(17)を具備したことを特徴とするシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)を提供する。
上記第3の観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)では、レーザアニール処理条件の一つであるフォーカスレンズ−基板間距離の適正値を求めることが出来る。
In a third aspect, the present invention provides the laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism according to the first or second aspect, wherein the measured value of the sheet resistivity with respect to the distance between the focus lens and the substrate is used. Provided is a laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism, comprising a calculation means (17) for obtaining an appropriate value of the distance between the focus lens and the substrate.
In the laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measurement mechanism according to the third aspect, an appropriate value of the distance between the focus lens and the substrate, which is one of laser annealing conditions, can be obtained.
第4の観点では、本発明は、前記第1から前記第3のいずれかの観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)において、前記電極(5a〜5d)が前記シリコン基板(B)の表面に接触したときの前記電極(5a〜5d)の高さを測定するための高さ測定手段(12)を設けたことを特徴とするシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)を提供する。
上記第4の観点によるシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置(100)では、シリコン基板(B)表面の凹凸を計測することが出来るので、その計測データによりフォーカスレンズ−基板間距離を補正することが可能となる。
In a fourth aspect, the present invention provides the laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism according to any one of the first to third aspects, wherein the electrodes (5a to 5d) are formed of the silicon substrate (B). ) Provided with a height measuring means (12) for measuring the height of the electrodes (5a to 5d) when in contact with the surface of the laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism I will provide a.
In the laser annealing apparatus (100) with a sheet resistivity measuring mechanism according to the fourth aspect, the unevenness on the surface of the silicon substrate (B) can be measured, and therefore the distance between the focus lens and the substrate is corrected based on the measurement data. Is possible.
本発明のシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置によれば、レーザアニール装置内でシート抵抗率を計測できるので、例えば外気で表面が汚染されることが無く、正しい測定結果が得られる。また、テスト用シリコン基板をレーザアニール装置から半導体ウェーハ抵抗率測定装置に搬送する必要が無いため、迅速に測定結果が得られる。さらに、テスト途中に適正なレーザアニール処理条件になったことが判るため、以後の無駄なテスト実施を回避できる。 According to the laser annealing apparatus with a sheet resistivity measuring mechanism of the present invention, since the sheet resistivity can be measured in the laser annealing apparatus, for example, the surface is not contaminated by outside air, and a correct measurement result can be obtained. In addition, since it is not necessary to transfer the test silicon substrate from the laser annealing apparatus to the semiconductor wafer resistivity measuring apparatus, a measurement result can be obtained quickly. Further, since it is found that the proper laser annealing treatment conditions are obtained during the test, it is possible to avoid the subsequent useless test.
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
−実施例1−
図1は、実施例1に係るシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置100を示す構成説明図である。
このシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置100は、シリコン基板Bを載せてx方向およびy方向に移動しうるXYステージ1と、シリコン基板BおよびXYステージ1を外気と遮断して収容しうるレーザ照射室2と、レーザ照射室2の外側に設置されレーザビームを発生するレーザ発振器8およびアテネータ15およびホモジナイザ10と、レーザビームをレーザ照射室2の外側から内側に導入すると共にシリコン基板Bの表面に長方形のレーザ照射スポット11(図3参照)を形成するフォーカスレンズ機構4と、レーザ照射スポット11によるレーザ照射位置よりも走査方向(=シリコン基板Bの表面をレーザ照射スポット11が相対移動する方向)後方のシリコン基板Bの表面に接触しうる4本の針状の電極5a〜5d(図2,図3参照)と、電極5b−電極5c間の抵抗を測定するための抵抗測定回路16(図2参照)と、4本の電極5a〜5dを一定の圧力でシリコン基板Bの表面に接触させたりシリコン基板Bの表面から離したりするために4本の電極5a〜5dをz方向(=高さ方向)に移動しうる電極用アクチュエータ9と、4本の電極5a〜5dのz方向位置(=高さ)を測定しうる位置センサ12と、XYステージ1によるシリコン基板Bの移動制御およびフォーカスレンズ機構4によるフォーカス制御およびアテネータ15によるレーザ照射強度制御および抵抗測定回路16によるシート抵抗率測定および位置センサ12による基板表面高さ測定を行う制御部17とを具備している。
制御部17は、例えばコンピュータである。
Example 1
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram illustrating a laser annealing apparatus 100 with a sheet resistivity measuring mechanism according to the first embodiment.
The laser annealing apparatus 100 with a sheet resistivity measuring mechanism has an
The
図2に示すように、抵抗測定回路16は、一列に並ぶ4本の電極5a〜5dの外側の2本の電極5a,5d間に流れる電流Iと、内側の2本の電極5b,5c間に生じる電圧Vとを出力する回路である。
制御部17は、内側の2本の電極5b,5c間の抵抗Rを、R=V/Iにより算出し、さらに、内側の2本の電極5b,5c間の距離をPとするとき、シート抵抗率rを、r=R/Pにより算出する。
As shown in FIG. 2, the
The
図3は、シリコン基板Bを示す平面図である。
シリコン基板Bは、例えば直径200mm、厚さ725μmの円板である。
レーザ照射スポット11は、例えば長さ25mm、幅7μmの長方形である。
電極5a〜5bは、レーザ照射スポット11から例えば距離D=30mmだけ走査方向後方に位置している。
なお、レーザ照射スポット11および電極5a〜5bの位置はレーザ照射室2に対して固定であり、XYステージ1がレーザ照射室2に対して逆走査方向にシリコン基板Bを移動することによりレーザ照射スポット11によるシリコン基板Bの表面の走査が行われる。
FIG. 3 is a plan view showing the silicon substrate B. FIG.
The silicon substrate B is, for example, a disc having a diameter of 200 mm and a thickness of 725 μm.
The laser irradiation spot 11 is, for example, a rectangle having a length of 25 mm and a width of 7 μm.
The electrodes 5a to 5b are located behind the laser irradiation spot 11 by a distance D = 30 mm, for example, in the scanning direction.
The positions of the laser irradiation spot 11 and the electrodes 5 a to 5 b are fixed with respect to the
図4は、制御部17が実行するアニール条件評価処理を示すフロー図である。
ステップS1では、評価対象のアニール条件項目の初期値を設定する。例えば評価対象のアニール条件項目がレーザ照射強度なら、初期値として最小値を設定する。
FIG. 4 is a flowchart showing the annealing condition evaluation process executed by the
In step S1, the initial value of the annealing condition item to be evaluated is set. For example, if the annealing condition item to be evaluated is laser irradiation intensity, a minimum value is set as an initial value.
ステップS2では、テスト用シリコン基板Bの表面の所定領域でレーザ照射スポット11による走査を行う。所定領域は、例えば走査方向に幅40mm程度の領域である。
ステップS3では、照射した領域でシート抵抗率rを求める。
ステップS4では、評価可能なデータが集まったか判定し、評価可能なデータが集まったならステップS5へ進み、まだ集まっていないならステップS7へ進む。例えばシート抵抗率rの変化率を評価基準とするならば、変化率を算出できるだけのデータが集まったならステップS5へ進み、まだ集まっていないならステップS7へ進む。
In step S2, scanning with the laser irradiation spot 11 is performed in a predetermined region on the surface of the test silicon substrate B. The predetermined area is, for example, an area having a width of about 40 mm in the scanning direction.
In step S3, the sheet resistivity r is obtained in the irradiated region.
In step S4, it is determined whether or not evaluable data has been collected. If evaluable data has been collected, the process proceeds to step S5, and if not yet collected, the process proceeds to step S7. For example, if the rate of change of the sheet resistivity r is used as an evaluation criterion, the process proceeds to step S5 if data sufficient to calculate the rate of change have been collected, and to step S7 if not yet collected.
ステップS5では、集まったデータに基づいて評価対象のアニール条件項目の値を評価する。例えばシート抵抗率rの変化率を算出する。
ステップS6では、評価対象のアニール条件項目の適正な値が得られたなら処理を終了し、まだ得られていないならステップS7へ進む。例えばシート抵抗率の変化率が所定の値よりも0に近くなったなら評価対象のアニール条件項目の適正な値が得られたと判定して処理を終了し、シート抵抗率の変化率が所定の値よりも0から離れているなら評価対象のアニール条件項目の適正な値がまだ得られていないと判定しステップS7へ進む。
In step S5, the value of the annealing condition item to be evaluated is evaluated based on the collected data. For example, the rate of change of the sheet resistivity r is calculated.
In step S6, if an appropriate value of the annealing condition item to be evaluated is obtained, the process is terminated, and if not yet obtained, the process proceeds to step S7. For example, if the change rate of the sheet resistivity is closer to 0 than a predetermined value, it is determined that an appropriate value of the annealing condition item to be evaluated has been obtained, and the process is terminated, and the change rate of the sheet resistivity is a predetermined value. If it is far from 0 than the value, it is determined that an appropriate value of the annealing condition item to be evaluated has not yet been obtained, and the process proceeds to step S7.
ステップS7では、評価対象のアニール条件項目の値を変更し、ステップS2に戻る。例えば評価対象のアニール条件項目がレーザ照射強度なら、所定量だけレーザ照射強度を増加させてステップS2に戻る。これにより、新たな所定領域で走査が続けられることになる。 In step S7, the value of the annealing condition item to be evaluated is changed, and the process returns to step S2. For example, if the annealing condition item to be evaluated is the laser irradiation intensity, the laser irradiation intensity is increased by a predetermined amount, and the process returns to step S2. As a result, scanning is continued in a new predetermined area.
図5に、レーザ照射強度Eの変化に対するシート抵抗率rの変化を例示する。
評価対象のアニール条件項目がレーザ照射強度Eのとき、制御17は、アテネータ15によりレーザ照射強度Eを初期値から増加させながらシート抵抗率rの変化率(=Δr/ΔE)を求めてレーザ照射強度Eを評価し、レーザ照射強度Eaで適正な値と評価したなら、そこでテスト走査を終了することが出来る。
FIG. 5 illustrates the change in the sheet resistivity r with respect to the change in the laser irradiation intensity E.
When the annealing condition item to be evaluated is the laser irradiation intensity E, the
図6に、フォーカスレンズ−基板間距離Fの変化に対するシート抵抗率rの変化を例示する。
評価対象のアニール条件項目がフォーカスレンズ−基板間距離Fのとき、制御部17は、フォーカスレンズ機構4によりフォーカスレンズ−基板間距離Fを初期値から増加させながらシート抵抗率rの変化率(=Δr/ΔE)を求めてフォーカスレンズ−基板間距離Fを評価し、フォーカスレンズ−基板間距離Faで適正な値と評価したなら、そこでテスト走査を終了することが出来る。
FIG. 6 illustrates the change in the sheet resistivity r with respect to the change in the focus lens-substrate distance F.
When the annealing condition item to be evaluated is the focus lens-substrate distance F, the
なお、制御部17は、一定の接触圧力を維持するように電極用アクチュエータ9で電極5a〜5dの高さを制御しながら走査し、位置センサ12で電極5a〜5dの高さの変化分を測定し、その変化分だけフォーカスレンズ機構4によるフォーカスレンズ−基板間距離Fを補正する。これにより、フォーカスレンズ−基板間距離Fに対するテスト用シリコン基板Bの表面の凹凸の影響を抑制することが出来る。
The
実施例1に係るシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置100によれば次の効果が得られる。
(1)テスト用シリコン基板Bをシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置100から取り出して搬送しなくても、シート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置100内でシート抵抗率rを計測できるので、例えば外気や搬送装置で表面が汚染されることが無く、正しい測定結果が得られる。
(2)テスト用シリコン基板Bをレーザアニール装置から取り出して半導体ウェーハ抵抗率測定装置に搬送する必要が無いため、迅速に測定結果が得られる。
(3)テスト途中に適正なレーザアニール処理条件になったことが判るため、以後の無駄なテスト実施を回避できる。
(4)位置センサ12で電極5a〜5dの高さの変化分を測定し、その変化分だけフォーカスレンズ機構4によるフォーカスレンズ−基板間距離Fを補正するので、フォーカスレンズ−基板間距離Fに対するテスト用シリコン基板Bの表面の凹凸の影響を抑制することが出来る。そして、テスト用シリコン基板Bの表面の凹凸を接触式で検出するため、光学式で検出する場合に比べてテスト用シリコン基板Bの表面での光反射の影響や光の角度の影響を受けない利点がある。
According to the laser annealing apparatus 100 with a sheet resistivity measuring mechanism according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the sheet resistivity r can be measured in the laser annealing apparatus 100 with a sheet resistivity measuring mechanism without taking out the test silicon substrate B from the laser annealing apparatus 100 with a sheet resistivity measuring mechanism and carrying it, for example, The surface is not contaminated by outside air or a transfer device, and a correct measurement result can be obtained.
(2) Since there is no need to take out the test silicon substrate B from the laser annealing apparatus and transport it to the semiconductor wafer resistivity measuring apparatus, a measurement result can be obtained quickly.
(3) Since it is found that the proper laser annealing treatment conditions have been reached during the test, it is possible to avoid unnecessary test execution thereafter.
(4) Since the
本発明のシート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置は、例えばガラス基板上に形成した非晶質シリコン半導体層を多結晶シリコン半導体層化する処理に利用できる。 The laser annealing apparatus with a sheet resistivity measuring mechanism of the present invention can be used for, for example, a process of forming an amorphous silicon semiconductor layer formed on a glass substrate into a polycrystalline silicon semiconductor layer.
1 XYステージ
2 レーザ照射室
4 フォーカスレンズ機構
5a〜5d 電極
8 レーザ発振器
9 電極用アクチュエータ
11 レーザ照射スポット
12 位置センサ
16 抵抗測定回路
17 制御部
100 シート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置
B シリコン基板
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