JP5946209B2 - シート抵抗率計測機構付きレーザアニール装置 - Google Patents

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。

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。）。

特許第３５０２９８１号公報 特開２０１０−２２５９２０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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を示す構成説明図である。 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の抵抗測定回路を示す構成説明図である。 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における長方形のレーザ照射スポットを示す平面図である。 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におけるアニール条件評価処理を示すフロー図である。 レーザ照射強度に対するシート抵抗率の変化を示す特性図である。 フォーカルレンズ−基板間距離に対するシート抵抗率の変化を示す特性図である。

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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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）。
2. 請求項１に記載の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）。
3. 請求項１または請求項２に記載の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）。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の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）。

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