JP6469455B2

JP6469455B2 - Laser annealing equipment

Info

Publication number: JP6469455B2
Application number: JP2015009211A
Authority: JP
Inventors: 輝尚川▲崎▼
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: JP2016134542A

Description

本発明は、アパーチャを透過したレーザビームをアニール対象物に入射させてレーザアニールを行うレーザアニール装置に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus that performs laser annealing by causing a laser beam transmitted through an aperture to enter an object to be annealed.

半導体パワーデバイス用の半導体材料として、シリコンよりも広いエネルギバンドギャップを有するＳｉＣが注目されている。ＳｉＣを用いたショットキバリアダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ等のパワー半導体デバイスが実用化されている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて欠陥の少ないウエハを作製することが困難である。このため、ＳｉＣウエハの上に形成された欠陥の少ないエピタキシャル層が、ドリフト層として利用される。エピタキシャル層の厚さは、必要とされる耐圧に合わせて設定される。ドリフト層としてＳｉＣを用いる場合には、Ｓｉを用いる場合に比べて、約１／１０の厚さで同等の耐圧を確保することができる。例えば、厚さ１０μｍのＳｉＣからなるエピタキシャル層により、厚さ１００μｍのＳｉウエハと同程度の耐圧を確保することができる。 As a semiconductor material for semiconductor power devices, SiC having an energy band gap wider than that of silicon attracts attention. Power semiconductor devices such as Schottky barrier diodes, MOSFETs, and JFETs using SiC have been put into practical use. SiC makes it difficult to produce a wafer with fewer defects than Si. For this reason, the epitaxial layer with few defects formed on the SiC wafer is used as the drift layer. The thickness of the epitaxial layer is set according to the required breakdown voltage. In the case of using SiC as the drift layer, an equivalent breakdown voltage can be ensured with a thickness of about 1/10 compared to the case of using Si. For example, an epitaxial layer made of SiC having a thickness of 10 μm can ensure a breakdown voltage equivalent to that of a Si wafer having a thickness of 100 μm.

ショットキバリアダイオードにおいては、エピタキシャル層の表面にアノード電極が形成される。スイッチング素子においては、エピタキシャル層の表面にスイッチング機能を有する素子構造が形成される。エピタキシャル層の下地となっているＳｉＣウエハは、エピタキシャル層の支持基板としての役割を持つ。通電ロスを低減するために、ＳｉＣウエハを薄くすることが好ましい。エピタキシャル層の表面に素子構造を形成する前に、ＳｉＣウエハを薄くすると、プロセス中の破損や反りにより、素子構造を形成することが困難になる。従って、エピタキシャル層の表面に素子構造を形成した後、ＳｉＣウエハを削って薄くすることが好ましい。 In the Schottky barrier diode, an anode electrode is formed on the surface of the epitaxial layer. In the switching element, an element structure having a switching function is formed on the surface of the epitaxial layer. The SiC wafer that is the base of the epitaxial layer serves as a support substrate for the epitaxial layer. In order to reduce energization loss, it is preferable to make the SiC wafer thinner. If the SiC wafer is thinned before the element structure is formed on the surface of the epitaxial layer, it becomes difficult to form the element structure due to damage or warpage during the process. Accordingly, it is preferable to thin the SiC wafer after forming the element structure on the surface of the epitaxial layer.

薄くされたＳｉＣウエハの裏側の表面に、オーミック電極が形成される。オーミック電極の形成時にレーザアニールを適用すると、電気炉でアニールする場合に比べて、表側の表面に形成されている素子構造への熱影響を軽減することができる。オーミック電極として、ニッケルシリサイド等の金属シリサイドが用いられる。 An ohmic electrode is formed on the back surface of the thinned SiC wafer. When laser annealing is applied during the formation of the ohmic electrode, the thermal effect on the element structure formed on the surface on the front side can be reduced as compared with the case where annealing is performed in an electric furnace. A metal silicide such as nickel silicide is used as the ohmic electrode.

下記の特許文献１に、紫外域のパルスレーザビームを用いたレーザアニールにより、オーミック電極を形成する方法が開示されている。紫外域のパルスレーザとして、固体レーザの第３高調波、エキシマレーザ等が用いられる。 Patent Document 1 listed below discloses a method of forming an ohmic electrode by laser annealing using a pulse laser beam in the ultraviolet region. As a pulse laser in the ultraviolet region, a third harmonic of a solid-state laser, an excimer laser, or the like is used.

特開２０１４−１２３５８９号公報JP 2014-123589 A

均質なアニールを行うために、加工面におけるビームプロファイルを均一化することが好ましい。ところが、紫外域のレーザ光は、アパーチャを通過するときに回折されることにより、加工面において干渉縞が発生する。この干渉縞が、均質なアニールの妨げになる場合がある。 In order to perform uniform annealing, it is preferable to make the beam profile uniform on the processed surface. However, the laser beam in the ultraviolet region is diffracted when passing through the aperture, thereby generating interference fringes on the processed surface. This interference fringe may interfere with homogeneous annealing.

本発明の目的は、干渉縞の発生を抑制し、均質なアニールを行うことが可能なレーザアニール装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus capable of suppressing generation of interference fringes and performing uniform annealing.

本発明の一観点によると、
パルス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パルスレーザビームの経路上に配置され、前記パルスレーザビームのビーム断面を矩形に整形する第１のアパーチャと、
加工対象物を保持するステージと、
前記第１のアパーチャの透過領域を前記加工対象物の表面に結像させる結像光学系と、
前記第１のアパーチャから前記加工対象物までの前記パルスレーザビームの経路上に配置され、矩形の透過領域を有する第２のアパーチャと
を有し、
前記第２のアパーチャの透過領域が、前記第１のアパーチャで回折した０次以外の１つの高次回折光によって形成される環状の明部の内側の縁を含み、外側の縁よりも内側に配置されることにより、前記明部の一部分が遮光されているレーザアニール装置が提供される。 According to one aspect of the invention,
A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A first aperture arranged on a path of the pulse laser beam output from the laser light source, and shaping a beam cross section of the pulse laser beam into a rectangle;
A stage for holding the workpiece,
An imaging optical system that forms an image of the transmission region of the first aperture on the surface of the workpiece;
A second aperture disposed on a path of the pulse laser beam from the first aperture to the workpiece and having a rectangular transmission region;
The transmission region of the second aperture includes an inner edge of an annular bright portion formed by one higher-order diffracted light other than the zeroth order diffracted by the first aperture, and is disposed inside the outer edge. Thus, a laser annealing apparatus in which a part of the bright part is shielded from light is provided.

環状の明部の一部分を遮光することにより、干渉縞の発生を抑制し、均質なアニールを行なうことが可能になる。 By shielding a part of the annular bright portion, it is possible to suppress the generation of interference fringes and perform uniform annealing.

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。FIG. 1 is a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to an embodiment. 図２Ａは、コリメートレンズでコリメートされた後のパルスレーザビームのビーム断面を示す概略図であり、図２Ｂは、第２のアパーチャの透過領域と、明部との位置関係を示す概略図である。FIG. 2A is a schematic diagram showing a beam cross section of a pulsed laser beam after being collimated by a collimating lens, and FIG. 2B is a schematic diagram showing a positional relationship between a transmission region of a second aperture and a bright part. . 図３Ａは、基板の位置に配置したポリイミド板にパルスレーザビームを入射させた後のポリイミド板の表面写真をスケッチした図であり、図３Ｂは、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける深さの分布の実測結果を示すグラフであり、図３Ｃは、第２のアパーチャを取り外してポリイミド板にレーザ照射を行って形成した凹部の深さの分布を示すグラフである。FIG. 3A is a sketch of a surface photograph of a polyimide plate after a pulsed laser beam is incident on a polyimide plate placed at the position of the substrate, and FIG. 3B is a graph showing the depth of the dotted line 3B-3B in FIG. 3A. FIG. 3C is a graph showing the depth distribution of the recesses formed by removing the second aperture and irradiating the polyimide plate with laser. 図４は、基板の表面におけるパルスレーザビームの入射領域の平面図、及び入射領域の移動の履歴を示す図である。FIG. 4 is a plan view of the incident region of the pulse laser beam on the surface of the substrate and a diagram showing the movement history of the incident region. 図５は、第２のアパーチャの透過領域と、明部との位置関係の他の例を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating another example of the positional relationship between the transmission region of the second aperture and the bright portion. 図６Ａは、第１のアパーチャの透過領域の寸法と、第２のアパーチャの透過領域の寸法との関係を示す図表であり、図６Ｂは、実施例の他の構成例による第１のアパーチャの透過領域及び第２のアパーチャの透過領域の平面図である。FIG. 6A is a chart showing the relationship between the size of the transmission region of the first aperture and the size of the transmission region of the second aperture, and FIG. 6B is a diagram of the first aperture according to another configuration example of the embodiment. It is a top view of the transmissive area and the transmissive area of the second aperture. 図７Ａ〜図７Ｄは、実施例によるレーザアニール装置を使用して製造される半導体素子の製造途中段階における断面図である。7A to 7D are cross-sectional views of a semiconductor element manufactured using the laser annealing apparatus according to the embodiment in the course of manufacturing. 図７Ｅ〜図７Ｆは、実施例によるレーザアニール装置を使用して製造される半導体素子の製造途中段階における断面図である。FIG. 7E to FIG. 7F are cross-sectional views in the process of manufacturing a semiconductor device manufactured using the laser annealing apparatus according to the embodiment.

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２０が紫外域のパルスレーザビームを出力する。レーザ光源２０には、例えば第３高調波を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器が用いられる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波の波長は約３５５ｎｍである。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器に代えて、他の固体レーザ発振器、例えばＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ発振器等を用いることができる。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to an embodiment. The laser light source 20 outputs an ultraviolet pulse laser beam. As the laser light source 20, for example, an Nd: YAG laser oscillator that generates third harmonics is used. The wavelength of the third harmonic of the Nd: YAG laser is about 355 nm. Instead of the Nd: YAG laser oscillator, other solid-state laser oscillators such as an Nd: YLF laser oscillator and an Nd: YVO ₄ laser oscillator can be used.

レーザ光源２０から出力されたパルスレーザビームが、パワー調整器２２、第１のアパーチャ２５、結像光学系２６を経由して、加工対象物である基板１８に入射する。結像光学系２６は、コリメートレンズ２６１及び対物レンズ２６２を含む。コリメートレンズ２６１と対物レンズ２６２との間のパルスレーザビームの経路上に、第２のアパーチャ２７及び折り返しミラー２８が配置されている。 The pulsed laser beam output from the laser light source 20 is incident on the substrate 18 that is a processing target via the power adjuster 22, the first aperture 25, and the imaging optical system 26. The imaging optical system 26 includes a collimating lens 261 and an objective lens 262. On the path of the pulse laser beam between the collimating lens 261 and the objective lens 262, the second aperture 27 and the folding mirror 28 are arranged.

パワー調整器２２は、半波長板２２１、ビームスプリッタ２２２、四分の一波長板２２３、及びビームダンパ２２４、２２５を含む。半波長板２２１の速軸方向を変化させることにより、ビームスプリッタ２２２に対するｐ波成分とｓ波成分との比を変化させることができる。ｓ波成分は、ビームスプリッタ２２２で反射されてビームダンパ２２４に入射する。ｐ波成分は、ビームスプリッタ２２２を直進し、四分の一波長板２２３で円偏光に変換された後、第１のアパーチャ２５に入射する。半波長板２２１の速軸方向を変化させることにより、パワー調整器２２を透過後のパルスレーザビームのパワーを調整することができる。第１のアパーチャ２５に入射するパルスレーザビームはガウシアンビームである。 The power adjuster 22 includes a half-wave plate 221, a beam splitter 222, a quarter-wave plate 223, and beam dampers 224 and 225. By changing the fast axis direction of the half-wave plate 221, the ratio of the p-wave component and the s-wave component with respect to the beam splitter 222 can be changed. The s-wave component is reflected by the beam splitter 222 and enters the beam damper 224. The p-wave component goes straight through the beam splitter 222, is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 223, and then enters the first aperture 25. By changing the fast axis direction of the half-wave plate 221, the power of the pulse laser beam after passing through the power adjuster 22 can be adjusted. The pulsed laser beam incident on the first aperture 25 is a Gaussian beam.

第１のアパーチャ２５は、矩形の透過領域を有し、パルスレーザビームのビーム断面を矩形に整形する。本実施例においては、透過領域が正方形である。透過領域の中心点は、第１のアパーチャ２５に入射するパルスレーザビームのビーム断面の中心点に一致する。第１のアパーチャ２５の透過領域が、ガウシアンビームの中心及び中心近傍の領域に配置されているため、第１のアパーチャ２５の透過領域内のビームプロファイルは、均一に近いと考えることができる。 The first aperture 25 has a rectangular transmission region, and shapes the beam cross section of the pulse laser beam into a rectangle. In this embodiment, the transmission area is a square. The center point of the transmission region coincides with the center point of the beam cross section of the pulse laser beam incident on the first aperture 25. Since the transmission region of the first aperture 25 is arranged in the center of the Gaussian beam and the region near the center, the beam profile in the transmission region of the first aperture 25 can be considered to be nearly uniform.

第１のアパーチャ２５を透過したパルスレーザビームがコリメートレンズ２６１でコリメートされる。コリメートされたパルスレーザビームが、第２のアパーチャ２７に入射する。 The pulsed laser beam that has passed through the first aperture 25 is collimated by the collimating lens 261. The collimated pulsed laser beam is incident on the second aperture 27.

第２のアパーチャ２７は、矩形の透過領域を有する。透過領域の中心点が、パルスレーザビームのビーム断面の中心点に一致する。第２のアパーチャ２７を透過したパルスレーザビームが、折り返しミラー２８で下方に向けて反射され、対物レンズ２６２によって収束される。コリメートレンズ２６１及び対物レンズ２６２からなる結像光学系２６は、第１のアパーチャ２５の透過領域を基板１８の表面（加工面）に結像させる。 The second aperture 27 has a rectangular transmission region. The center point of the transmission region coincides with the center point of the beam cross section of the pulse laser beam. The pulse laser beam transmitted through the second aperture 27 is reflected downward by the folding mirror 28 and converged by the objective lens 262. The imaging optical system 26 including the collimating lens 261 and the objective lens 262 images the transmission region of the first aperture 25 on the surface (processed surface) of the substrate 18.

基板１８で反射したパルスレーザビームの反射光は、入射経路を逆に辿り、四分の一波長板２２３で直線偏光に変換される。直線偏光に変換された反射光は、ビームスプリッタ２２２で反射されてビームダンパ２２５に入射する。 The reflected light of the pulse laser beam reflected by the substrate 18 follows the incident path in reverse, and is converted into linearly polarized light by the quarter-wave plate 223. The reflected light converted into linearly polarized light is reflected by the beam splitter 222 and enters the beam damper 225.

基板１８は、ステージ３０に保持されている。ステージ３０は、移動機構３１を介して基台３２に支持されている。移動機構３１は、パルスレーザビームの経路に対して、ステージ３０を基板１８の表面に平行な２方向に移動させることができる。 The substrate 18 is held on the stage 30. The stage 30 is supported on the base 32 via the moving mechanism 31. The moving mechanism 31 can move the stage 30 in two directions parallel to the surface of the substrate 18 with respect to the path of the pulse laser beam.

制御装置４０が、レーザ光源２０からのパルスレーザビームの出力タイミング、半波長板２２１の速軸の方向、及び移動機構３１によるステージ３０の移動を制御する。ステージ３０を移動させる代わりに、ステージ３０に対してパルスレーザビームの経路を移動させてもよい。すなわち、基板１８の表面においてパルスレーザビームの入射領域が移動するように、パルスレーザビームの経路及びステージ３０の一方を他方に対して移動させればよい。 The control device 40 controls the output timing of the pulse laser beam from the laser light source 20, the direction of the fast axis of the half-wave plate 221, and the movement of the stage 30 by the moving mechanism 31. Instead of moving the stage 30, the path of the pulse laser beam may be moved with respect to the stage 30. That is, one of the path of the pulse laser beam and the stage 30 may be moved with respect to the other so that the incident region of the pulse laser beam moves on the surface of the substrate 18.

図２Ａに、コリメートレンズ２６１（図１）でコリメートされた後のパルスレーザビームのビーム断面を示す。第１のアパーチャ２５による０次回折光、１次回折光、及び２次回折光が、それぞれ明部５０、５１、及び５２を形成する。図２Ａにおいて、明部５０、５１、５２に相対的に疎な間隔のハッチングが付されている。暗部に、相対的に密なハッチングが付されている。 FIG. 2A shows a beam cross section of the pulse laser beam after being collimated by the collimating lens 261 (FIG. 1). The 0th-order diffracted light, the 1st-order diffracted light, and the second-order diffracted light by the first aperture 25 form bright portions 50, 51, and 52, respectively. In FIG. 2A, the bright portions 50, 51, 52 are hatched with relatively sparse intervals. A relatively dense hatch is attached to the dark part.

０次回折光による明部５０は、ビーム断面の中心に位置し、第１のアパーチャ２５の透過領域の形状を反映したほぼ正方形の平面形状を有する。１次回折光による明部５１は、明部５０を内包する正方形の外周線に沿う環状の形状を有する。２次回折光による明部５２は、１次回折光による明部５１を内包する正方形の外周線に沿う環状の形状を有する。図２Ａには、０次〜２次回折光による明部５０、５１、５２を示しているが、３次以上の高次回折光による明部が観察される場合もある。 The bright portion 50 by the 0th-order diffracted light is located at the center of the beam cross section, and has a substantially square planar shape reflecting the shape of the transmission region of the first aperture 25. The bright portion 51 by the first-order diffracted light has an annular shape along a square outer peripheral line that encloses the bright portion 50. The bright part 52 by the second-order diffracted light has an annular shape along a square outer peripheral line including the bright part 51 by the first-order diffracted light. FIG. 2A shows the bright portions 50, 51, and 52 by the 0th-order to second-order diffracted light, but the bright portion by the third-order or higher-order diffracted light may be observed.

図２Ｂに、第２のアパーチャ２７の透過領域２７１と、明部５０、５１、５２との位置関係を示す。第２のアパーチャ２７の透過領域２７１は、１次回折光による明部５１の内側の縁を含み、外側の縁よりも内側に配置されている。このため、明部５１を通過するパルスレーザビームの一部の成分が透過領域２７１を透過し、他の成分が第２のアパーチャ２７によって遮光される。２次回折光による明部５２通過する全ての成分が、第２のアパーチャ２７によって遮光される。 FIG. 2B shows a positional relationship between the transmission region 271 of the second aperture 27 and the bright portions 50, 51, 52. The transmission region 271 of the second aperture 27 includes the inner edge of the bright portion 51 by the first-order diffracted light, and is disposed on the inner side of the outer edge. For this reason, some components of the pulse laser beam passing through the bright part 51 are transmitted through the transmission region 271, and other components are shielded by the second aperture 27. All components that pass through the bright portion 52 due to the second-order diffracted light are shielded by the second aperture 27.

図３Ａに、基板１８（図１）の位置に配置したポリイミド板にパルスレーザビームを入射させた後のポリイミド板の表面写真をスケッチした図を示す。ポリイミド板がアブレーションされることにより、凹部５５が形成されている。凹部５５は、第１のアパーチャ２５の透過領域の形状を反映して、正方形の角を丸くした平面形状を有する。相対的に密なハッチングが付された領域は、傾斜した側面に相当し、相対的に疎なハッチングが付された領域は、ほぼ平坦な底面に相当する。 FIG. 3A shows a sketch of a surface photograph of a polyimide plate after a pulse laser beam is incident on the polyimide plate placed at the position of the substrate 18 (FIG. 1). A recess 55 is formed by ablating the polyimide plate. The recess 55 reflects the shape of the transmission region of the first aperture 25 and has a planar shape with rounded square corners. A region with relatively dense hatching corresponds to an inclined side surface, and a region with relatively sparse hatching corresponds to a substantially flat bottom surface.

図３Ｂに、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける深さの分布の実測結果を示す。横軸は位置を表し、縦軸は深さを表す。図３Ａの相対的に密なハッチングが付された領域に相当する部分が、図３Ｂにおいて斜面になっていることがわかる。相対的に疎なハッチングが付された領域は、ほぼ平坦であることがわかる。 FIG. 3B shows an actual measurement result of the depth distribution along the one-dot chain line 3B-3B in FIG. 3A. The horizontal axis represents position, and the vertical axis represents depth. It can be seen that the portion corresponding to the region with relatively dense hatching in FIG. 3A is a slope in FIG. 3B. It can be seen that the relatively sparse hatched region is almost flat.

比較のために、図３Ｃに、第２のアパーチャ２７（図１）を取り外してポリイミド板にレーザ照射を行って形成した凹部の深さの分布を示す。凹部の底面が波打っていることがわかる。これは、第１のアパーチャ２５で回折された回折光同士が干渉することにより、基板１８（図１）の表面に干渉縞が生じたためである。 For comparison, FIG. 3C shows the depth distribution of the recesses formed by removing the second aperture 27 (FIG. 1) and irradiating the polyimide plate with laser. It can be seen that the bottom surface of the recess is wavy. This is because interference fringes are generated on the surface of the substrate 18 (FIG. 1) due to interference between the diffracted lights diffracted by the first aperture 25.

上記実施例のように、第２のアパーチャ２７を配置して明部５１（図２Ｂ）の外周側の一部分を遮光することにより、干渉の影響を軽減することができる。図３Ｂに示した実測結果は、明部５１を通過するパルスレーザビームのエネルギの約５０％の成分を遮光する条件で得られたものである。明部５１を通過するパルスレーザビームの光エネルギの３０％以上７０％以下の光エネルギを遮光することにより、干渉縞の影響を軽減することが可能である。 As in the above-described embodiment, the influence of interference can be reduced by arranging the second aperture 27 and shielding a part of the outer peripheral side of the bright portion 51 (FIG. 2B). The actual measurement result shown in FIG. 3B is obtained under the condition where about 50% of the energy of the pulse laser beam passing through the bright part 51 is shielded. By shielding light energy of 30% or more and 70% or less of the light energy of the pulse laser beam passing through the bright part 51, it is possible to reduce the influence of interference fringes.

図４に、基板１８（図１）の表面におけるパルスレーザビームの入射領域３５の平面図、及び入射領域３５の移動の履歴を示す。第１のアパーチャ２５の透過領域の像が、入射領域３５に相当する。この像に、第１のアパーチャ２５の透過領域の形状が反映されることにより、入射領域３５は正方形の角が丸くなった平面形状を有する。入射領域３５の大きさは、パルスレーザビームのパワーに応じて、最適なパワー密度が得られるように調整される。 FIG. 4 shows a plan view of the incident region 35 of the pulse laser beam on the surface of the substrate 18 (FIG. 1) and a history of movement of the incident region 35. An image of the transmission area of the first aperture 25 corresponds to the incident area 35. By reflecting the shape of the transmission region of the first aperture 25 in this image, the incident region 35 has a planar shape in which square corners are rounded. The size of the incident region 35 is adjusted so as to obtain an optimum power density according to the power of the pulse laser beam.

基板１８（図１）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、パルスレーザビームの入射領域３５が、基板１８の表面上で主走査方向３７（幅方向）及び副走査方向３８（長さ方向）に移動する。あるショットの入射領域３５１と、主走査方向３７に移動した次のショットの入射領域３５２との重複率（主走査方向３７に関する重複率）は、例えば５０％〜９９％である。あるショットの入射領域３５３と、副走査方向３８に移動した次のショットの入射領域３５４との重複率（副走査方向３８に関する重複率）は、例えば５０％〜９９％である。主走査と副走査とを繰り返すことにより、基板１８のアニール対象領域の全域が走査される。 By making the pulse laser beam incident while moving the substrate 18 (FIG. 1), the incident region 35 of the pulse laser beam is on the surface of the substrate 18 in the main scanning direction 37 (width direction) and the sub-scanning direction 38 (length). Direction). The overlapping rate (the overlapping rate with respect to the main scanning direction 37) of the incident region 351 of a certain shot and the incident region 352 of the next shot moved in the main scanning direction 37 is, for example, 50% to 99%. The overlapping rate (the overlapping rate with respect to the sub-scanning direction 38) between the incident region 353 of a certain shot and the incident region 354 of the next shot moved in the sub-scanning direction 38 is, for example, 50% to 99%. By repeating the main scanning and the sub-scanning, the entire region to be annealed of the substrate 18 is scanned.

主走査方向３７は、基板１８の表面に形成された第１のアパーチャの像の１つの辺に平行であり、副走査方向３８は、他の辺に平行である。制御装置４０が移動機構３１を制御することにより、入射領域３５が主走査方向３７及び副走査方向３８に移動する。主走査方向３７及び副走査方向３８に関する入射領域３５の重複率を５０％にすると、基板１８のアニール対象領域の全域を１回走査する工程で、基板１８の表面の同一箇所に入射するパルスレーザビームのショット数が４回になる。重複率を６６％にすると、基板１８のアニール対象領域の全域を１回走査する工程で、基板１８の表面の同一箇所に入射するパルスレーザビームのショット数が９回になる。 The main scanning direction 37 is parallel to one side of the image of the first aperture formed on the surface of the substrate 18, and the sub-scanning direction 38 is parallel to the other side. When the control device 40 controls the moving mechanism 31, the incident area 35 moves in the main scanning direction 37 and the sub scanning direction 38. When the overlapping ratio of the incident regions 35 in the main scanning direction 37 and the sub-scanning direction 38 is 50%, a pulse laser that is incident on the same portion of the surface of the substrate 18 in the step of scanning the entire region of the annealing target region of the substrate 18 once. The number of beam shots is four. When the overlap ratio is 66%, the number of shots of the pulse laser beam incident on the same portion of the surface of the substrate 18 is nine in the step of scanning the entire region to be annealed of the substrate 18 once.

このように、入射領域３５の平面形状をほぼ矩形にし、主走査方向３７及び副走査方向３８を、入射領域３５の辺に平行にすることにより、アニール対象領域の全域に亘って、入射するパルスレーザビームのショット数を同一にすることができる。その結果、均一なレーザアニールを行うことが可能になる。これに対し、入射領域３５が円形である場合には、アニール対象領域の全域に亘って、入射するパルスレーザビームのショット数を同一にすることはできない。 In this way, by making the planar shape of the incident region 35 substantially rectangular and making the main scanning direction 37 and the sub-scanning direction 38 parallel to the sides of the incident region 35, the incident pulses over the entire region to be annealed. The number of shots of the laser beam can be made the same. As a result, uniform laser annealing can be performed. On the other hand, when the incident area 35 is circular, the number of shots of the incident pulse laser beam cannot be made the same over the entire area to be annealed.

図５に、第２のアパーチャ２７の透過領域２７１と、明部５０、５１、５２との位置関係の他の例を示す。図２Ａでは、１次回折光による明部５１の一部分が第２のアパーチャ２７により遮光されていた。図５に示した例では、２次回折光による明部５２の一部分が第２のアパーチャ２７により遮光されている。この場合、第２のアパーチャ２７の透過領域は、２次回折光による明部５２の内側の縁を含み、外側の縁よりも内側に配置される。さらに、３次以上の高次の回折光による明部の一部分が遮光されるようにしてもよい。 FIG. 5 shows another example of the positional relationship between the transmission region 271 of the second aperture 27 and the bright portions 50, 51, 52. In FIG. 2A, a part of the bright part 51 due to the first-order diffracted light is shielded by the second aperture 27. In the example shown in FIG. 5, a part of the bright part 52 by the second-order diffracted light is shielded by the second aperture 27. In this case, the transmission region of the second aperture 27 includes the inner edge of the bright portion 52 by the second-order diffracted light, and is disposed on the inner side of the outer edge. Further, a part of the bright part by the third or higher order diffracted light may be shielded.

このように、実施例においては、第２のアパーチャ２７の透過領域２７１が、０次以外の１つの高次回折光によって形成される環状の明部５１、５２の内側の縁を含み、外側の縁よりも内側に配置されることにより、明部５１、５２の一部分が遮光される。これにより、基板１８（図１）の表面における干渉縞の発生を抑制することができる。 Thus, in the embodiment, the transmission region 271 of the second aperture 27 includes the inner edges of the annular bright portions 51 and 52 formed by one higher-order diffracted light other than the zeroth order, and the outer edges. As a result, the light portions 51 and 52 are partially shielded from light. Thereby, generation | occurrence | production of the interference fringe in the surface of the board | substrate 18 (FIG. 1) can be suppressed.

図６Ａに、第１のアパーチャ２５（図１）の透過領域の寸法と、第２のアパーチャ２７（図１）の透過領域２７１の寸法との関係を示す。図６Ａに示した例では、パルスレーザビームの波長を３５５ｎｍとし、コリメートレンズ２６１の焦点距離を２５００ｍｍとした。 FIG. 6A shows the relationship between the size of the transmissive region of the first aperture 25 (FIG. 1) and the size of the transmissive region 271 of the second aperture 27 (FIG. 1). In the example shown in FIG. 6A, the wavelength of the pulse laser beam is 355 nm, and the focal length of the collimating lens 261 is 2500 mm.

第１のアパーチャ２５の透過領域の一辺の長さが０．５ｍｍのとき、１次回折光及び２次回折光による明部５１、５２（図２Ａ）の外側の辺の長さは、それぞれ８．６６ｍｍ及び１２．９９ｍｍである。第１のアパーチャ２５の透過領域の一辺の長さが１ｍｍのとき、１次回折光及び２次回折光による明部５１、５２（図２Ａ）の外側の辺の長さは、それぞれ４．３３ｍｍ及び６．５０ｍｍである。 When the length of one side of the transmission region of the first aperture 25 is 0.5 mm, the lengths of the outer sides of the bright portions 51 and 52 (FIG. 2A) by the first-order diffracted light and the second-order diffracted light are 8.66 mm, respectively. And 12.99 mm. When the length of one side of the transmission region of the first aperture 25 is 1 mm, the lengths of the outer sides of the bright portions 51 and 52 (FIG. 2A) by the first-order diffracted light and the second-order diffracted light are 4.33 mm and 6 respectively. .50 mm.

図２Ｂに示した例では、第１のアパーチャ２５の透過領域の一辺の長さが０．５ｍｍのとき、第２のアパーチャ２７の透過領域の一辺の長さを、８．６６ｍｍよりもやや短くすればよい。図５に示した例では、第１のアパーチャ２５の透過領域の一辺の長さが０．５ｍｍのとき、第２のアパーチャ２７の透過領域の一辺の長さを、１２．９９ｍｍよりもやや短くすればよい。 In the example shown in FIG. 2B, when the length of one side of the transmission region of the first aperture 25 is 0.5 mm, the length of one side of the transmission region of the second aperture 27 is slightly shorter than 8.66 mm. do it. In the example shown in FIG. 5, when the length of one side of the transmission region of the first aperture 25 is 0.5 mm, the length of one side of the transmission region of the second aperture 27 is slightly shorter than 12.99 mm. do it.

図６Ｂに、実施例の他の構成例による第１のアパーチャ２５の透過領域２５１及び第２のアパーチャ２７の透過領域２７１の平面図を示す。上述の実施例では、第１のアパーチャ２５の透過領域２５１及び第２のアパーチャ２７の透過領域２７１の平面形状が正方形であったが、図６Ｂに示した構成例では、第１のアパーチャ２５の透過領域２５１及び第２のアパーチャ２７の透過領域２７１の平面形状が長方形である。 FIG. 6B is a plan view of the transmission region 251 of the first aperture 25 and the transmission region 271 of the second aperture 27 according to another configuration example of the embodiment. In the above-described embodiment, the planar shape of the transmission region 251 of the first aperture 25 and the transmission region 271 of the second aperture 27 is square, but in the configuration example illustrated in FIG. The planar shapes of the transmission region 251 and the transmission region 271 of the second aperture 27 are rectangular.

第１のアパーチャ２５の透過領域２５１の横方向及び縦方向の長さが、それぞれ１ｍｍ及び０．５ｍｍである場合、１次回折光による明部５１の外側の縁の横方向及び縦方向の長さは、それぞれ４．３３ｍｍ及び８．６６ｍｍである。第２のアパーチャ２７の透過領域２７１の寸法を、明部５１の外側の縁の寸法よりもやや小さくすれば、明部５１を通過するパルスレーザビームの一部分を遮光することができる。このように、第１のアパーチャ２５の透過領域２５１が横長の長方形である場合、第２のアパーチャ２７の透過領域２７１は縦長の長方形になる。 When the horizontal and vertical lengths of the transmission region 251 of the first aperture 25 are 1 mm and 0.5 mm, respectively, the horizontal and vertical lengths of the outer edge of the bright portion 51 by the first-order diffracted light Are 4.33 mm and 8.66 mm, respectively. If the dimension of the transmission region 271 of the second aperture 27 is slightly smaller than the dimension of the outer edge of the bright part 51, a part of the pulse laser beam that passes through the bright part 51 can be shielded. Thus, when the transmission region 251 of the first aperture 25 is a horizontally long rectangle, the transmission region 271 of the second aperture 27 is a vertically long rectangle.

次に、図７Ａ〜図７Ｆを参照して、実施例によるレーザアニール装置を用いて半導体素子を製造する方法の一例について説明する。以下の例では、ＳｉＣ基板を用いたショットキダイオードが製造される。 Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor element using the laser annealing apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 7F. In the following example, a Schottky diode using a SiC substrate is manufactured.

図７Ａに示すように、ｎ型炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる基板の表面にｎ型ＳｉＣをエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣからなる下地基板１０を形成する。下地基板１０には、例えば４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣを用いることができる。エピタキシャル層の表層部に、イオン注入によりｐ型のガードリング１１を形成する。ガードリング１１が形成された表面とは反対側の表面を「第１の表面」１０Ａといい、ガードリング１１が形成された表面を「第２の表面」１０Ｂということとする。図７Ｂに示すように、下地基板１０の第２の表面１０Ｂに、酸化シリコンからなる絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２には、ガードリング１１に囲まれた領域を露出させる開口が形成されている。 As shown in FIG. 7A, the base substrate 10 made of SiC is formed by epitaxially growing n-type SiC on the surface of the substrate made of n-type silicon carbide (SiC). For the base substrate 10, for example, 4H—SiC, 6H—SiC, or 3C—SiC can be used. A p-type guard ring 11 is formed in the surface layer portion of the epitaxial layer by ion implantation. The surface opposite to the surface on which the guard ring 11 is formed is referred to as a “first surface” 10A, and the surface on which the guard ring 11 is formed is referred to as a “second surface” 10B. As shown in FIG. 7B, an insulating film 12 made of silicon oxide is formed on the second surface 10B of the base substrate 10. The insulating film 12 has an opening that exposes a region surrounded by the guard ring 11.

図７Ｃに示すように、絶縁膜１２に形成されている開口の底面に露出している下地基板１０の表面に、ショットキ電極１３を形成する。一例として、チタン膜を形成した後、熱処理を行うことにより、ショットキコンタクトが実現される。ショットキ電極１３の上に表面電極１４を形成する。表面電極１４には、例えばアルミニウムが用いられる。ガードリング１１、ショットキ電極１３、及び表面電極１４をまとめて、素子構造１５ということとする。 As shown in FIG. 7C, a Schottky electrode 13 is formed on the surface of the base substrate 10 exposed at the bottom surface of the opening formed in the insulating film 12. As an example, Schottky contact is realized by performing a heat treatment after forming a titanium film. A surface electrode 14 is formed on the Schottky electrode 13. For example, aluminum is used for the surface electrode 14. The guard ring 11, the Schottky electrode 13, and the surface electrode 14 are collectively referred to as an element structure 15.

図７Ｄに示すように、下地基板１０を第１の表面１０Ａから研削することにより、下地基板１０を薄くする。図７Ｅに示すように、下地基板１０の第１の表面１０Ａに、金属膜１６を形成する。金属膜１６には、下地基板１０とシリサイド反応する金属、例えばニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）が用いられる。金属膜１６及び下地基板１０により、アニール対象の基板１８が構成される。ここまでの工程で、金属膜１６が形成された基板１８が準備される。 As shown in FIG. 7D, the base substrate 10 is thinned by grinding the base substrate 10 from the first surface 10A. As shown in FIG. 7E, a metal film 16 is formed on the first surface 10A of the base substrate 10. For the metal film 16, a metal that undergoes a silicide reaction with the base substrate 10, for example, nickel (Ni), titanium (Ti), or tungsten (W) is used. The metal film 16 and the base substrate 10 constitute a substrate 18 to be annealed. The substrate 18 on which the metal film 16 is formed is prepared by the steps so far.

図７Ｆに示すように、金属膜１６（図７Ｅ）にパルスレーザビーム１９を照射することにより、レーザアニールを行う。パルスレーザビーム１９の波長は、金属膜１６で吸収され、下地基板１０を透過する波長域に含まれる。パルスレーザビーム１９のビームプロファイルはトップフラットである。このレーザアニールは、パルスレーザビーム１９の入射領域を金属膜１６の表面内で移動させながら（走査しながら）行われる。入射領域の重複率（オーバラップ率）は、例えば５０％〜９９％とする。このレーザアニールにより、金属膜１６（図７Ｅ）がシリサイド化され、金属シリサイド膜１７が形成される。 As shown in FIG. 7F, laser annealing is performed by irradiating the metal film 16 (FIG. 7E) with a pulsed laser beam 19. The wavelength of the pulsed laser beam 19 is included in a wavelength range that is absorbed by the metal film 16 and transmitted through the base substrate 10. The beam profile of the pulsed laser beam 19 is top flat. This laser annealing is performed while moving (scanning) the incident region of the pulse laser beam 19 within the surface of the metal film 16. The overlapping rate (overlap rate) of the incident region is, for example, 50% to 99%. By this laser annealing, the metal film 16 (FIG. 7E) is silicided, and the metal silicide film 17 is formed.

このレーザアニール工程で、上記実施例によるレーザアニール装置が用いられる。これにより、均一なレーザアニールを行うことが可能になる。 In this laser annealing step, the laser annealing apparatus according to the above embodiment is used. Thereby, uniform laser annealing can be performed.

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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

１０下地基板
１０Ａ第１の表面
１０Ｂ第２の表面
１１ガードリング
１２絶縁膜
１３ショットキ電極
１４表面電極
１５素子構造
１６金属膜
１７金属シリサイド膜
１８基板
１９パルスレーザビーム
２０レーザ光源
２２パワー調整器
２５第１のアパーチャ
２６結像光学系
２７第２のアパーチャ
２８折り返しミラー
３０ステージ
３１移動機構
３２基台
３５入射領域
３７主走査方向
３８副走査方向
４０制御装置
５００次回折光による明部
５１１次回折光による明部
５２２次回折光による明部
５５凹部
２２１半波長板
２２２ビームスプリッタ
２２３四分の一波長板
２２４、２２５ビームダンパ
２５１第１のアパーチャの透過領域
２６１コリメートレンズ
２６２対物レンズ
２７１第２のアパーチャの透過領域
３５１、３５２、３５３、３５４入射領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Base substrate 10A 1st surface 10B 2nd surface 11 Guard ring 12 Insulating film 13 Schottky electrode 14 Surface electrode 15 Element structure 16 Metal film 17 Metal silicide film 18 Substrate 19 Pulse laser beam 20 Laser light source 22 Power adjuster 25 1 aperture 26 imaging optical system 27 second aperture 28 folding mirror 30 stage 31 moving mechanism 32 base 35 incident area 37 main scanning direction 38 sub-scanning direction 40 controller 50 bright part 51 by 0th order diffracted light by first order diffracted light Bright part 52 Bright part 55 by second-order diffracted light Recess 221 Half-wave plate 222 Beam splitter 223 Quarter-wave plate 224, 225 Beam damper 251 Transmission area 261 of first aperture Collimator lens 262 Objective lens 271 Transmission of second aperture Regions 351, 352, 35 3, 354 Incident area

Claims

パルス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パルスレーザビームの経路上に配置され、前記パルスレーザビームのビーム断面を矩形に整形する第１のアパーチャと、
加工対象物を保持するステージと、
前記第１のアパーチャの透過領域を前記加工対象物の表面に結像させる結像光学系と、
前記第１のアパーチャから前記加工対象物までの前記パルスレーザビームの経路上に配置され、矩形の透過領域を有する第２のアパーチャと
を有し、
前記第２のアパーチャの透過領域が、前記第１のアパーチャで回折した０次以外の１つの高次回折光によって形成される環状の明部の内側の縁を含み、外側の縁よりも内側に配置されることにより、前記明部の一部分が遮光されているレーザアニール装置。 A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A first aperture arranged on a path of the pulse laser beam output from the laser light source, and shaping a beam cross section of the pulse laser beam into a rectangle;
A stage for holding the workpiece,
An imaging optical system that forms an image of the transmission region of the first aperture on the surface of the workpiece;
A second aperture disposed on a path of the pulse laser beam from the first aperture to the workpiece and having a rectangular transmission region;
The transmission region of the second aperture includes an inner edge of an annular bright portion formed by one higher-order diffracted light other than the zeroth order diffracted by the first aperture, and is disposed inside the outer edge. Thus, a laser annealing apparatus in which a part of the bright part is shielded from light.

一部分が遮光されている前記明部は、１次回折光または２次回折光によるものである請求項１に記載のレーザアニール装置。 2. The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein the bright portion, which is partially shielded from light, is formed by first-order diffracted light or second-order diffracted light.

前記明部を通過する前記パルスレーザビームの光エネルギのうち３０％以上７０％以下の光エネルギが前記第２のアパーチャによって遮光される請求項１または２に記載のレーザアニール装置。 3. The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein light energy of 30% or more and 70% or less of light energy of the pulse laser beam passing through the bright portion is shielded by the second aperture.

前記結像光学系は、
前記第１のアパーチャを透過した前記パルスレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズでコリメートされた前記パルスレーザビームを収束する対物レンズと
を含み、
前記第２のアパーチャは、前記コリメートレンズと前記対物レンズとの間の前記パルスレーザビームの経路上に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。 The imaging optical system is
A collimating lens for collimating the pulsed laser beam transmitted through the first aperture;
An objective lens for converging the pulse laser beam collimated by the collimating lens,
4. The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein the second aperture is disposed on a path of the pulse laser beam between the collimating lens and the objective lens. 5.

さらに、
前記加工対象物の表面において前記パルスレーザビームの入射領域が移動するように前記パルスレーザビームの経路及び前記ステージの一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記レーザ光源及び前記移動機構を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記加工対象物の表面に形成される前記第１のアパーチャの矩形の像の１つの辺に平行な方向に前記加工対象物を移動させながら、前記レーザ光源から前記パルスレーザビームを出力することにより、レーザアニールを行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。 further,
A moving mechanism that moves one of the path of the pulse laser beam and the stage relative to the other so that the incident region of the pulse laser beam moves on the surface of the workpiece;
A control device for controlling the laser light source and the moving mechanism;
The control device moves the processing object in a direction parallel to one side of the rectangular image of the first aperture formed on the surface of the processing object, while the pulse laser beam is emitted from the laser light source. The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein laser annealing is performed by outputting.