温度計測装置、及び温度算出方法
【課題】 アニール対象物のレーザビーム入射位置の溶融部分の表面温度を計測する技術を提供する。
【解決手段】 放射光検出器が、アニール対象物の表面のうち、パルスレーザビームが入射した領域内の被測定領域からの放射光の強度を検出する。反射率測定器が、被測定領域の反射率を測定する。制御装置が、反射率測定器による反射率の測定結果、及び放射光検出器による放射光の強度の測定結果に基づいて、アニール対象物の表面の温度を算出する。
【解決手段】 放射光検出器が、アニール対象物の表面のうち、パルスレーザビームが入射した領域内の被測定領域からの放射光の強度を検出する。反射率測定器が、被測定領域の反射率を測定する。制御装置が、反射率測定器による反射率の測定結果、及び放射光検出器による放射光の強度の測定結果に基づいて、アニール対象物の表面の温度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アニール対象物にパルスレーザビームを入射させてその表層部を一時的に溶融させたときの表面温度を計測する温度計測装置及び温度算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の表層部にイオン注入を行った後、注入した不純物を活性化させるためにアニール処理が行われる。このアニール処理として、一般に、ランプアニールのようなラピッドサーマルアニール（Rapid Thermal Annealing）が用いられる。半導体集積回路装置の高集積化が進むに従って、より浅いｐｎ接合が要求されている。ところが、ラピッドサーマルアニールを行うと、半導体基板の表層部に注入した不純物が深く拡散するため、浅いｐｎ接合を形成することが困難である。
【０００３】
注入された不純物の拡散が生じにくいレーザアニールが注目されている。半導体基板にパルスレーザビームを入射させると、入射部分が一時的に溶融し、その後固化するときに不純物が活性化される。半導体基板の表面内でパルスレーザビームの入射位置を移動させることにより、広い領域において不純物を活性化させることができる。
【０００４】
半導体基板の表面に形成される複数の半導体素子の特性を揃えるために、溶融部分の深さを基板面内で一定にする必要がある。
【０００５】
下記の特許文献１に、被加工物の表面の加工位置に、モニタ用レーザビームを入射させ、その反射光の強度を測定することにより、被加工物の表層部が溶融したか否かを判定するレーザ加工装置が開示されている。
【０００６】
下記の特許文献２に、ガラス基板上の非晶質シリコン薄膜にレーザビームを入射させて結晶化させる際に、ストリークカメラを用いてシリコン薄膜の屈折率と消衰係数とをピコ秒オーダで計測する技術が開示されている。
【０００７】
下記の特許文献３に、半導体基板にレーザビームを入射させて熱処理を行う際に、レーザビーム入射位置から放射される波長０．８μｍと１．０μｍの光の強度を測定し、黒体放射スペクトルと比較することにより、レーザビームの入射位置の温度を算出する技術が開示されている。
【０００８】
下記の非特許文献１に、ガラス基板上の非晶質シリコン薄膜にエキシマレーザを入射させて多結晶化させる際に、エキシマレーザの入射位置にＨｅ−Ｎｅレーザを入射させて、反射率と透過率とを測定することにより、その部分の溶融状態を評価する技術が開示されている。さらに、エキシマレーザビームの入射位置に面内方向の電流を流し、シリコン薄膜のコンダクタンスを測定することにより、コンダクタンスから溶融部分の深さを算出する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−９９２９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３５８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４１９１号公報
【非特許文献１】J. Appl. Phys., Vol.87, No.1,"Excimer laser-induced temperature field in melting and resolidificationof silicon thin films", 1 January (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体基板を移動させながら、基板全面を高速でアニールする際に、溶融した部分の表面温度を測定する技術が望まれる。
【００１１】
本発明の目的は、アニール対象物のレーザビーム入射位置の溶融部分の表面温度を測定する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によると、
アニール対象物の表面のうち、パルスレーザビームが入射した領域内の被測定領域からの放射光の強度を検出する放射光検出器と、
前記被測定領域の反射率を測定する反射率測定器と、
前記反射率測定器による反射率の測定結果、及び前記放射光検出器による放射光の強度の測定結果に基づいて、前記アニール対象物の表面の温度を算出する制御装置と
を有する温度計測装置が提供される。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によると、
アニール対象物の表面の被測定領域内における固相状態及び液相状態の部分の面積の比率を計測する工程と、
計測された面積の比率から、前記被測定領域の実効的な放射率を算出する工程と、
前記被測定領域からの放射光の強度と、算出された実効的な放射率とに基づいて、該被測定領域の温度を算出する工程と
を有する温度算出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
アニール対象物の表面の溶融状態から、実効的な放射率を算出することができる。算出された放射率と、放射光の強度とに基づいて、アニール対象物の表面温度を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに、実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。ＸＹステージ１がアニール対象である半導体基板２を保持し、その表面に平行な２次元方向に移動させる。半導体基板２の表面に平行な面をｘｙ面とし、基板の法線方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれｙ軸に平行な視線、及びｘ軸に平行な視線で見たときの概略図を示す。
【００１６】
アニール用レーザ光源５が、制御装置５０からのトリガ信号ｓｉｇ１に同期して、アニール用パルスレーザビームＬａを出射する。アニール用レーザ光源５は、例えばレーザダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器であり、第２高調波を出射する。一例として、出射されるパルスレーザビームのパルス幅は１００ｎｓ程度であり、パルス周波数は１ｋＨｚである。
【００１７】
アニール用レーザ光源５から出射されたレーザビームＬａが、整形均一化光学系６を経由して、ＸＹステージ１に保持された半導体基板２に入射する。整形均一化光学系６は、半導体基板２の表面におけるレーザビームの断面を、ｙ軸方向に長い長尺形状にし、かつ面内における光強度分布を均一化させる。例えば、ビーム断面のｙ軸方向の長さを２．５ｍｍ、ｘ軸方向の幅を０．２５ｍｍとする。ＸＹステージ１を駆動して半導体基板２をｘ軸方向に移動させながら、パルスレーザビームを入射させる主走査工程と、半導体基板２をｙ軸方向にずらす副走査工程とを繰り返すことにより、半導体基板２の表面のほぼ全面をレーザアニールすることができる。ＸＹステージ１は制御装置５０により制御される。
【００１８】
測定用光源１０が、測定用レーザビームを出射する。測定用光源１０として、例えばＨｅ−Ｎｅレーザが使用される。測定用光源１０から出射された測定用レーザビームが、パルス化装置１１、光ファイバ１２、レンズ１３を経由して、半導体基板２の、アニール用パルスレーザビームが入射する領域内に入射する。パルス化装置１１は、例えばポッケルスセルと偏光板とを含み、測定用光源１０から出射された測定用レーザビームをパルス化する。なお、パルス化装置１１は必須ではない。
【００１９】
半導体基板２の表面で反射された測定用レーザビームの反射光が、レンズ２０、第１のフィルタ２１、第２のフィルタ２２、光ファイバ２３を経由して、反射光検出器２４に入射する。第１のフィルタ２１は、波長が５３０ｎｍよりも短い光を遮光し、第２のフィルタ２２は、波長が７００ｎｍよりも長い光を遮光する。第１のフィルタ２１及び第２のフィルタ２２により、アニール用レーザビームの入射により発生したプルームからのプラズマ光、及び温度上昇による黒体放射光等が遮光され、主として測定用レーザビームの反射光のみが反射光検出器２４に入射する。反射光検出器２４に入射する光の純度を高めるために、光ファイバ２３と反射光検出器２４との間に分光器を挿入してもよい。反射光検出器２４として、高い時間分解能を持つフォトダイオードを使用することができる。
【００２０】
反射光検出器２４は、反射光の強度を電気信号に変換する。電気信号に変換された反射光の強度信号ｓｉｇ２が制御装置５０に入力される。
【００２１】
アニール用パルスレーザビームが入射した領域が加熱されることにより放射された放射光の一部が、レンズ３０、第３のフィルタ３１、第４のフィルタ３２、第５のフィルタ３３、及び光ファイバ３４を経由して放射光検出器３５に入射する。第３のフィルタ３１は、波長が５３０ｎｍよりも短い光を遮光する。第４のフィルタ３２は、波長が８４０ｎｍよりも短い光を遮光する。第５のフィルタ３３は、波長が９６０ｎｍよりも長い光を遮光する。これにより、波長が８４０〜９６０ｎｍの範囲内の放射光が、放射光検出器３５に入射する。放射光検出器３５として、例えばアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管等が使用される。放射光検出器３５は、放射光の強度を電気信号に変換する。電気信号に変換された放射光の強度信号ｓｉｇ３が、制御装置５０に入力される。
【００２２】
図２に、制御装置５０のブロック図を示す。制御装置５０は、ＡＤ変換ボード６０、ワークステーション７０、及び表示装置８０を含む。ＡＤ変換ボード６０は、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ、６１Ｂ、メモリ６２Ａ、６２Ｂ、及びＰＣＩインタフェース６３を含む。ワークステーション７０は、ＰＣＩインタフェース７１、中央処理装置（ＣＰＵ）７２、メインメモリ７３、及び外部記憶装置７４を含む。
【００２３】
図１に示した反射光検出器２４から出力された反射光強度信号ｓｉｇ２が、一方のＡ／Ｄ変換器６１Ａに入力され、放射光検出器３５から出力された放射光強度信号ｓｉｇ３が、他方のＡ／Ｄ変換器６１Ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂは、それぞれ、入力された反射光強度信号ｓｉｇ２及び放射光強度信号ｓｉｇ３を、デジタルデータである反射光強度データ及び放射光強度データに変換し、メモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納する。なお、この変換処理は、ワークステーション７０から計測信号ｓｉｇ４が与えられている期間に行われる。
【００２４】
ＣＰＵ７２は、ＡＤ変換ボード６０のメモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納された反射光強度データ及び放射光強度データを、ＰＣＩインタフェース６３及び７１を経由して外部記憶装置７４に転送する。さらに、データ処理した結果を、表示装置８０に表示する。
【００２５】
図３に、実施例によるレーザアニール装置内の各種信号のタイミングチャートを示す。制御装置５０が、ＸＹステージ１を駆動して、半導体基板２を、主走査方向（ｘ軸方向）に一定速度で移動させるとともに、１つの主走査が終了すると副走査方向（ｙ軸方向）に移動させる。この主走査と副走査を行いながら、アニール用レーザ光源５に、周波数１ｋＨｚのトリガ信号ｓｉｇ１を送信する。アニール用レーザ光源５は、トリガ信号ｓｉｇ１に同期して、パルスレーザビームＬａを出射する。
【００２６】
パルスレーザビームＬａの１つのレーザパルスが半導体基板２に入射すると、その表層部が一時的に溶融し、レーザパルスの入射が終了すると、溶融した部分が再結晶化する。表層部が溶融している期間、反射率が高くなるため、反射光強度信号ｓｉｇ２が大きくなる。また、半導体基板２の表面温度が上昇するため、放射光強度信号ｓｉｇ３も大きくなる。
【００２７】
トリガ信号ｓｉｇ１がアニール用レーザ光源５に入力された時点から、半導体基板２の表層部が一旦溶融して再結晶化が完了するまでの期間、またはそれよりもやや長い期間、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂに、計測信号ｓｉｇ４が与えられる。Ａ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂは、それぞれ計測信号ｓｉｇ４が与えられている期間、周波数２００ＭＨｚのサンプリング信号ｓｉｇ５に基づいて、反射強度信号ｓｉｇ２及び放射光強度信号ｓｉｇ３をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された反射光強度データ及び放射光強度データが、それぞれメモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納される。
【００２８】
計測信号ｓｉｇ４がＡ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂに与えられている計測期間が終了し、次のトリガ信号ｓｉｇ１がアニール用レーザ光源５に入力されるまでの転送期間ｔｐの間に、ＣＰＵ７２が、メモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納されている反射光強度データ及び放射光強度データを、外部記憶装置７４に転送する。アニール開始時点から半導体基板２に入射したレーザパルスに一連のショット番号を付与したとき、反射光強度データ及び放射光強度データは、ショット番号に対応付けられる。アニール期間中、半導体基板２が一定速度で移動しているため、ショット番号は、半導体基板２の表面内のアニール用パルスレーザビームの入射位置に対応付けることができる。
【００２９】
次に、反射光検出器２４で検出された反射光の強度の時間変化から、半導体基板２の一時的に溶融した部分の深さ（溶融深さ）を求める方法について説明する。
【００３０】
表面が溶融している時間τｓは、下記の式で表すことができる。下記の式は、Springer-Verlag社から出版されているDieter Bauerle著「Laser Processing and Chemistry(Advanced Texts in Physics)」に開示されている。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ここで、τ１はアニール用パルスレーザビームのパルス幅、φは半導体基板２の表面におけるアニール用パルスレーザビームのフルエンス（１パルスあたりのエネルギ密度）、φｍは、半導体基板２の表層部が溶融するためのフルエンスのしきい値、ζは、下記の式から求まる定数である。
【００３３】
【数２】
【００３４】
ここで、ｃＰは半導体基板２の定圧比熱、θｍは、半導体基板２の融点Ｔｍからアニール用パルスレーザビーム照射前の基板温度を減じた温度、ΔＨｍは、半導体基板２の融解熱、ｅｒｆ（ｘ）は誤差関数である。
【００３５】
パルスレーザビームの照射を行ったときに溶融した部分の最大の深さｈｍは、下記の式で表すことができる。下記の式は、上述のSpringer-Verlag社から出版されているDieter Bauerle著「Laser Processing andChemistry (Advanced Texts in Physics)」に開示されている。
【００３６】
【数３】
【００３７】
ここで、Ｐはアニール用パルスレーザビームのパワー、Ｒは半導体基板２の表面の反射率、ＰＬは、半導体基板２に与えられたエネルギのうち熱伝導等による損失分、Ｆは溶融した部分の表面積、ρは半導体基板２の密度である。
【００３８】
式（３）の右辺のＰ／Ｆは、単位面積あたりのパルスレーザビームのパワー（Ｗ／ｍ２）を表す。単位「Ｗ」は、単位「Ｊ／ｓ」に等しいため、単位時間あたりで考えると、Ｐ／Ｆは、フルエンスφ（Ｊ／ｃｍ２）に相当する。このため、式（３）から、下記の式が導出される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
ここで、Ａ１及びＡ２は、半導体基板２の表面における反射率Ｒ、エネルギ損失ＰＬ、融解熱ΔＨｍ、密度ρ、アニール用パルスレーザビームのスポットサイズ（面積Ｆに相当）等から定めることができる。融解熱、密度、及びアニール用パルスレーザビームのスポットサイズは一定である。また、反射率及びエネルギ損失は、半導体基板の材料、形状等に依存するが、量産を考えた場合、同一種類の製品であれば、基板ごとに大きな差はないと考えられる。このため、Ａ１及びＡ２は、定数と考えることができる。
【００４１】
式（１）から、フルエンスφは下記の式で表すことができる。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、Ａ３は定数である。式（４）及び式（５）から、溶融した部分の深さｈｍは、以下の式で表すことができる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
ここで、Ｃ１及びＣ２は定数である。定数Ｃ１及びＣ２が決定されれば、溶融時間τｓから溶融部分の深さｈｍを算出することができる。
【００４６】
図４に、反射光検出器２４で検出された反射光強度の時間変化の一例を示す。横軸は、経過時間を単位「ｎｓ」で表し、縦軸は反射光の強度を任意目盛で表す。アニール対象の半導体基板２として、ボロンがイオン注入されたシリコン基板を用いた。アニール用パルスレーザビームのフルエンスは２．７Ｊ／ｃｍ２とした。反射光強度のバックグラウンドが約０．０８であり、アニール用パルスレーザビームを照射した後、反射光強度が約０．１５まで上昇する。反射強度は、約３００ｎｓの時間、約０．１５に維持され、その後、緩やかに低下する。
【００４７】
反射光強度が０．１５で一定に維持されている期間は、測定用レーザビームのビームスポット内の全領域が溶融している状態であると考えられる。溶融部分の外周から徐々に固化が進み、測定用レーザビームのビームスポット内で固化が始まると、反射光強度が低下し始める。約８００ｎｓでほぼ全面が固化し、反射光強度がほぼバックグランドレベルまで戻っている。反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで上昇した時点から、１／２の大きさまで低下した時点までの経過時間を、溶融時間とした。
【００４８】
図５に、フルエンスを変化させてアニールを行ったときの、溶融時間と、溶融深さとの関係を示す。横軸は溶融時間を単位「ｎｓ」で表し、縦軸は溶融深さを単位「ｎｍ」で表す。溶融深さは、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により測定した深さ方向に関するボロン濃度分布から求めた。４つの実測値が、ほぼ式（６）に示す曲線上に位置していることが分かる。図５のグラフから、式（６）の右辺の定数Ｃ１及びＣ２を決定することができる。
【００４９】
決定された定数Ｃ１及びＣ２が制御装置５０に入力され、記憶される。制御装置５０は、式（６）に基づいて、溶融時間τｓから溶融深さｈｍを算出することができる。
【００５０】
上記実施例では、反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで上昇した時点から、１／２の大きさまで低下した時点までの経過時間を、溶融時間としたが、他の定義を採用してもよい。採用する定義が異なると、得られる定数Ｃ１及びＣ２の値が異なってくる。いずれの定義を採用した場合でも、反射光の強度の時間変化に基づいて、溶融深さが算出される。
【００５１】
次に、半導体基板２の表層部の温度変化の測定方法について説明する。温度Ｔの黒体から放射される波長λの光子の単位面積あたり、かつ単位波長あたりのエネルギ密度Ｌ（Ｗ／ｍ２／ｍ）は、下記のヴィーンの近似式で表すことができる。
【００５２】
【数７】
【００５３】
ここで、第１定数ｃ１は、１．７４×１０−１６Ｗ・ｍ２であり、第２定数ｃ２は、０．０１４４ｍ・Ｋである。なお、ヴィーンの近似式が１％以内の誤差で成立するのは、λＴが３．１２×１０−３ｍ・Ｋ未満の範囲内である。実施例では、放射光の測定波長λが約９００ｎｍであるから、温度Ｔが３４７０Ｋ以下の温度範囲でヴィーンの近似式が成立する。シリコンの沸点が３１７３Ｋであるため、実施例で測定される温度範囲であれば、ヴィーンの近似式が１％以内の誤差で成り立つ。
【００５４】
式（７）を変換すると、下記の式が得られる。
【００５５】
【数８】
【００５６】
実際には、固相のシリコンの放射率は約０．４４であり、液相のシリコンの放射率は約０．２１である。このため、放射光検出器３５の出力信号の大きさをＥとすると、半導体基板２の表層部が固相の時の温度Ｔｓ及び液相の時の温度Ｔｌは、下記のように表される。
【００５７】
【数９】
【００５８】
ここで、ｃ３は、放射光検出器３５の感度や、フィルタ等による損失に基づいて決定される定数である。式（９）の定数ｃ３が決定されれば、放射光検出器３５の出力信号の大きさＥから、半導体基板２の表面温度Ｔを算出することができる。次に、定数ｃ３の決定方法について説明する。
【００５９】
図６に、アニール用パルスレーザビームを入射させたときの、放射光検出器３５の出力信号の時間変化の一例を示す。なお、参考のために、反射光検出器２４の出力信号の時間変化を併せて示す。横軸は、経過時間を単位「ｎｓ」で表し、左縦軸は、放射光検出器３５の出力信号を単位「Ｖ」で表し、右縦軸は、反射光検出器２４の出力信号を単位「Ｖ」で表す。図６は、１ショット目のレーザパルスの入射による熱的影響が残っている短い期間内に２ショット目のレーザパルスを入射させた場合の出力信号の時間変化を示す。このレーザアニール方法は、一般的に「ダブルパルス法」と呼ばれる。ダブルパルス法では、極短い間隔での２つのレーザパルスの入射が、例えば周波数１ｋＨｚ（周期１ｍｓ）で繰り返される。さらに、レーザパルスの入射による熱的影響が残っている極短い期間に、３個以上のレーザパルスを入射させてもよい。一般的に、レーザパルスの入射による熱的影響が残っている極短い期間に複数のレーザパルスを入射させる方法を「マルチパルス法」と呼ぶこととする。
【００６０】
経過時間約１５０ｎｓの時点で、１ショット目のレーザパルスが入射し、経過時間約４５０ｎｓの時点で２ショット目のレーザパルスが入射している。すなわち、１ショット目のレーザパルスの入射から、２ショット目のレーザパルスの入射までの遅延時間は３００ｎｓである。
【００６１】
１ショット目のレーザパルスの入射によって、反射光検出器の出力が上昇するが、極短い時間で、元のベースレベルまで低下する。これは、表面が一旦溶融するが、溶融部分が極浅いため、直ちに固化するためである。これに対し、２ショット目の照射によって溶融した時の反射光検出器の出力の低下は緩やかである。これは、１ショット目に比べて深くまで溶融しているため、完全に固化するまでの時間が長いためである。このため、実際に溶融した部分の深さを求めるためには、２ショット目における反射光検出器の出力の変動に着目すればよい。
【００６２】
例えば、図５から、溶融時間が約２２０ｎｓ以下の場合には、溶融深さが０であることがわかる。図６において、１ショット目のレーザパルスが入射したときの溶融時間は、反射光検出器の出力波形から、約１１０ｎｓであることがわかる。この溶融時間を、図５のグラフに適用すると、溶融深さは０になる。ただし、反射率が液相状態の値まで上昇しているため、全く溶融していないのではなく、極浅い表層部のみが溶融していると考えられる。
【００６３】
レーザパルスが入射すると、半導体基板２の表面温度が上昇する。表層部の溶融が始まると、半導体基板２に投入されたエネルギが、融解熱として消費されるため、温度がほとんど上昇しなくなる。溶融部分が広がると、新たな溶融が生じるよりも、溶融した部分の温度の上昇が支配的になり、温度が再上昇を始める。また、固相から液相に相転移すると、放射率が０．４４から０．２１に低下するため、放射光検出器３５で検出される放射光の強度が低下する。
【００６４】
２ショット目のレーザパルスの入射後の放射光検出器の出力信号の時間変化に着目すると、経過時間５００ｎｓの近傍で短時間の間、放射光検出器３５の出力信号の増加が停止していることがわかる。これは、半導体基板２の溶融が開始に伴う温度上昇率の抑制、及び放射率の低下に起因する。すなわち、この時点における放射光検出器３５の出力信号の大きさ（約０．１Ｖ）が、シリコンの融点（１６８３Ｋ）に相当する。この状態変化は、固相から液相への相転移であるため、この時点における放射光検出器３５の出力信号の大きさ、及びシリコンの融点を、式（９）の固相のときの温度Ｔｓの式に代入することにより、定数ｃ３を決定することができる。定数ｃ３が決定されると、式（９）から、固相及び液相のいずれの状態のときでも、放射光検出器３５の出力信号から温度を算出することができる。
【００６５】
次に、温度が下降する期間の放射率の設定方法の一例について説明する。２ショット目のレーザパルスの入射によって溶融した領域の固化は、その外周から内側に向かって進む。図６に示した経過時間５５０ｎｓの時点では、放射光の強度が検出されている領域は、ほぼ全面が溶融していると考えられる。固化が進むと、放射光の強度が検出されている領域のうち一部分が固相、他の部分が液相の状態になる。反射率を測定するための測定用レーザビームが入射する領域（被測定領域）においても、同様に、一部分が液相になり、他の部分が固相になる。このため、図６に示したように、反射光の強度は、経過時間５５０ｎｓ近傍で一旦極大値を示した後、緩やかに低下している。緩やかに低下している期間は、被測定領域に液相領域と固相領域とが混在している状態である。
【００６６】
図６に示した経過時間５５０ｎｓ付近において反射光検出器の出力が極大値を示しているときに、反射光が検出されている領域の全面が液相状態であり、経過時間２０００ｎｓ付近で出力がベースレベルになっているときに、全面が固相状態であると考えることができる。反射光の強度を測定することにより、液相の領域の面積と固相の領域の面積との比を求めることができる。
【００６７】
２ショット目のレーザパルスを入射させた後の、反射光強度の最大値をＭ、ベースレベルをＢ、一旦溶融した部分が固化するまでの期間のある時点の反射光強度をＥとすると、固相状態の領域の面積と、液相状態の領域の面積との比は、（Ｅ−Ｂ）：（Ｍ−Ｅ）と表すことができる。
【００６８】
放射光検出器３５によって放射光が検出される領域と、反射光検出器２４によって反射光が検出される領域とが、一致している場合には、放射光が検出される領域内の液相部分の面積と固相部分の面積との比を求めることができる。反射光検出器２４で検出された反射光の強度がＥであるとき、この面積の比は、（Ｅ−Ｂ）：（Ｍ−Ｅ）と表すことができる。このときの放射率εａｖは、下記のように表すことができる。
【００６９】
【数１０】
【００７０】
一旦溶融した部分の固化が進行中の期間における半導体基板の表面の温度は、式（９）において、固相の放射率０．４４または液相の放射率０．２１に代えて、式（１０）の放射率を適用することにより、算出することができる。なお、反射光強度の最大値Ｍ、ベースレベルＢ、現時点の反射光の強度Ｅは、反射光検出器２４の出力信号を平滑化してノイズを除去した後の出力波形から決定することが好ましい。
【００７１】
図７に、図６に示した放射光検出器の出力信号から算出された温度変化を示す。経過時間が５００ｎｓの時点で融点を超えている。
【００７２】
図６では、２ショット目のレーザパルスを入射させたときの反射光の強度の変動に着目して、溶融深さを算出したが、ダブルパルス法を採用する場合、反射光強度の変化の形態によって、１ショット目及び２ショット目のいずれに着目すべきかが決定される。以下、反射光強度の変化の種々の形態について、溶融深さの算出方法を説明する。図８Ａ〜図８Ｄに、反射光強度の変化の種々の形態を示す。
【００７３】
図８Ａに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によって一旦溶融するが、その深さが極浅いため、直ちに固化する。この場合には、実質的に、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２による反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。これは、図６に示した形態と同一である。
【００７４】
図８Ｂに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によっては溶融せず、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２によって初めて溶融する。１ショット目の入射時には、表面が固相状態のままであるため、反射率はほとんど変化しない。この場合には、図８Ａの形態と同様に、実質的に、２ショット目のレーザパルスの入射時の反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。
【００７５】
図８Ｃに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によって表面が溶融して固化した後、２ショット目のレーザパルスが入射するが、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２では溶融しない。このため、２ショット目のレーザパルスの入射時には、反射率の強度がほとんど変化しない。この場合には、実質的に、１ショット目のレーザパルスの入射時における反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。なお、２ショット目のレーザパルスの入射によって溶融するが、溶融時間が、１ショット目のレーザパルスの入射時における溶融時間よりも短い場合、１ショット目のレーザパルスの入射時における反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。
【００７６】
図８Ｄに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によって表面が溶融した後、直ちに２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２が行われることにより、反射率の強度変化が２つに分離できない。この場合には、実効的に１ショットのレーザパルスが入射したと仮定して、反射光強度の変化から溶融深さを算出すればよい。
【００７７】
図８Ｅに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１でいったん溶融した部分が完全に固化する前に、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２が行われる。図８Ｄの形態と異なり、１ショット目のレーザパルスの入射による反射光強度の変化と、２ショット目のレーザパルスの入射による反射光強度の変化とを、分離することができる。この場合には、１ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間と、２ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間とを求め、２つの溶融時間のうち、長い方の溶融時間に基づいて、溶融深さを算出すればよい。１ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間は、反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで上昇した時点から、２つのピークの間の極小値を与える時点までの経過時間とすればよい。２ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間は、２つのピークの間の極小値を与える時点から、反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで低下した時点までの経過時間とすればよい。
【００７８】
次に、図９を参照して、式（９）の定数ｃ３を決定するための他の方法について説明する。
【００７９】
図９は、半導体基板２に照射するアニール用パルスレーザビームのフルエンスと、放射光検出器３５の出力信号の最大値との関係を示す。横軸は、フルエンスを単位「Ｊ／ｃｍ２」で表し、縦軸は、放射光検出器の出力信号の最大値を任意目盛で表す。フルエンスを増加させるに従って、出力信号の最大値が増大している。これは、半導体基板２の表面の最高到達温度が高くなっていることを示す。フルエンスが１１７０〜１２７０Ｊ／ｃｍ２の範囲内で、出力信号の最大値がほぼ一定になっていることがわかる。これは、フルエンス１１７０Ｊ／ｃｍ２の時に、半導体基板２の表層部の溶融が始まったことを意味する。それ以上にフルエンスが増加しても、半導体基板２に投入されたエネルギは、温度上昇ではなく、融解熱として消費される。フルエンスが１２７０Ｊ／ｃｍ２以上になると、溶融部分の拡がりよりも、溶融した部分の温度上昇が支配的になったと考えられる。
【００８０】
この、出力信号の最大値がほぼ一定になっている範囲における出力信号の最大値が、シリコンの融点に対応する。従って、この出力信号の最大値から、定数ｃ３を決定することができる。
【００８１】
次に、１枚の半導体基板２のアニール処理が終了した後の制御装置５０の動作について説明する。
【００８２】
１枚の半導体基板２のアニール処理が終了すると、制御装置５０が、外部記憶装置７４に蓄積されている反射光強度データ及び放射光強度データに基づいて、アニール用パルスレーザビームのショット番号ごとに、溶融深さ及び表面温度を算出する。さらに、各ショット番号のレーザパルスの、半導体基板２の表面内の入射位置を算出する。算出結果が、種々の態様で表示装置８０に表示される。次に、図１０〜図１２を参照して、算出結果の表示方法について説明する。
【００８３】
図１０は、横軸をショット番号、縦軸を溶融深さとして表示した例を示す。画面の下端に表示されたスクロールバーを操作することにより、表示されるショット番号の範囲を移動させることができる。溶融深さが、上下１１５ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲内で変動していることがわかる。このように、溶融深さの変動を視覚的に把握することが可能になる。
【００８４】
図１１は、溶融深さのヒストグラムを表示した例を示す。横軸は、溶融深さを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は頻度を表す。１５５．７１〜１６９．６６ｎｍの範囲の溶融深さの出現頻度が多いことがわかる。これにより、溶融深さのばらつきを容易に把握することが可能になる。
【００８５】
図１２は、半導体基板２の表面をアニール用パルスレーザビームの各レーザパルスが入射した領域に区分し、各領域ごとに算出された溶融深さを色分けして表示した例を示す。表示画面内に、半導体基板の平面図表示領域９０、反射率表示領域９２、温度表示領域９３、ショット番号表示ボックス９４、列番号表示ボックス９５、及び行番号表示ボックス９６が確保されている。
【００８６】
平面図表示領域９０内に、アニール用パルスレーザビームの各レーザパルスが入射した領域に区分された半導体基板２の平面図が表示されている。区分された各領域が、当該領域の溶融深さに対応する色に色付けされる。平面図表示領域内に十字カーソル９１が表示されている。十字カーソル９１により、区分された１つの領域が指定される。
【００８７】
十字カーソル９１で指定された領域の反射率の時間変化、及び温度の時間変化が、それぞれ反射率表示領域９２、及び温度表示領域９３に表示される。また、十字カーソル９１で指定された領域のショット番号、列番号、及び行番号が、それぞれショット番号表示ボックス９４、列番号表示ボックス９５、及び行番号表示ボックス９６に表示される。また、十字カーソル９１を操作する代わりに、ショット番号表示ボックス９４、列番号表示ボックス９５、及び行番号表示ボックス９６内の数値を書き換えることにより、１つの領域を指定することも可能である。
【００８８】
また、平面図表示領域９０内に表示された半導体基板の表面内の特定の領域のみを拡大して表示することも可能である。
【００８９】
図１２に示した表示により、溶融深さの面内の二次元的なばらつきを把握することが可能になる。
【００９０】
上記実施例では、半導体基板のアニール後に、電気的な検査を行うことなく、アニール結果の良否を判定することができる。
【００９１】
上記実施例では、半導体基板に注入された不純物の活性化のためのアニールを例に挙げたが、上記実施例による溶融深さ及び表面温度の算出方法は、その他のアニールにも適用することが可能である。例えば、ガラス基板上に形成されたシリコン薄膜のアニールにも適用することが可能である。
【００９２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施例によるレーザアニール装置の概略図である。
【図２】実施例によるレーザアニール装置の制御装置のブロック図である。
【図３】実施例によるレーザアニール装置の種々の信号のタイミングチャートである。
【図４】アニール用パルスレーザビームを照射した後の反射光強度の時間変化を示すグラフである。
【図５】半導体基板表層部の溶融時間と溶融深さとの関係を示すグラフである。
【図６】アニール用パルスレーザビームを照射した後の放射光検出器からの出力信号の時間変化、及び反射光検出器からの出力信号の時間変化を示すグラフである。
【図７】アニール用パルスレーザビームを照射した後の半導体基板表面の温度の時間変化、及び反射光検出器からの出力信号の時間変化を示すグラフである。
【図８】ダブルパルス法を用いた場合の、反射光強度の変化の種々の形態を示すグラフである。
【図９】アニール用パルスレーザビームのフルエンスと、放射光検出器からの出力信号の最大値との関係を示すグラフである。
【図１０】表示装置に表示されるショット番号と溶融深さとの関係を示すグラフである。
【図１１】表示装置に表示されるヒストグラムである。
【図１２】表示装置に表示される半導体基板の平面図の色分け図等である。
【符号の説明】
【００９４】
１ ＸＹステージ
２ 半導体基板（アニール対象物）
５ アニール用レーザ光源
６ 整形均一化光学系
１０ 測定用光源
１１ パルス化装置
１２ 光ファイバ
１３ レンズ
２０ レンズ
２１、２２ フィルタ
２３ 光ファイバ
２４ 反射光検出器
３０ レンズ
３１〜３３ フィルタ
３４ 光ファイバ
３５ 放射光検出器
５０ 制御装置
６０ ＡＤ変換ボード
６１ Ａ／Ｄ変換器
６２ メモリ
６３ ＰＣＩインタフェース
７０ ワークステーション
７１ ＰＣＩインタフェース
７２ 中央処理装置（ＣＰＵ）
７３ メインメモリ
７４ 外部記憶装置（ＨＤＤ）
８０ 表示装置（ディスプレイ）
９０ 半導体基板の平面図表示領域
９１ 十字カーソル
９２ 反射率表示領域
９３ 温度表示領域
９４ ショット番号表示ボックス
９５ 列番号表示ボックス
９６ 行番号表示ボックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アニール対象物にパルスレーザビームを入射させてその表層部を一時的に溶融させたときの表面温度を計測する温度計測装置及び温度算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の表層部にイオン注入を行った後、注入した不純物を活性化させるためにアニール処理が行われる。このアニール処理として、一般に、ランプアニールのようなラピッドサーマルアニール（Rapid Thermal Annealing）が用いられる。半導体集積回路装置の高集積化が進むに従って、より浅いｐｎ接合が要求されている。ところが、ラピッドサーマルアニールを行うと、半導体基板の表層部に注入した不純物が深く拡散するため、浅いｐｎ接合を形成することが困難である。
【０００３】
注入された不純物の拡散が生じにくいレーザアニールが注目されている。半導体基板にパルスレーザビームを入射させると、入射部分が一時的に溶融し、その後固化するときに不純物が活性化される。半導体基板の表面内でパルスレーザビームの入射位置を移動させることにより、広い領域において不純物を活性化させることができる。
【０００４】
半導体基板の表面に形成される複数の半導体素子の特性を揃えるために、溶融部分の深さを基板面内で一定にする必要がある。
【０００５】
下記の特許文献１に、被加工物の表面の加工位置に、モニタ用レーザビームを入射させ、その反射光の強度を測定することにより、被加工物の表層部が溶融したか否かを判定するレーザ加工装置が開示されている。
【０００６】
下記の特許文献２に、ガラス基板上の非晶質シリコン薄膜にレーザビームを入射させて結晶化させる際に、ストリークカメラを用いてシリコン薄膜の屈折率と消衰係数とをピコ秒オーダで計測する技術が開示されている。
【０００７】
下記の特許文献３に、半導体基板にレーザビームを入射させて熱処理を行う際に、レーザビーム入射位置から放射される波長０．８μｍと１．０μｍの光の強度を測定し、黒体放射スペクトルと比較することにより、レーザビームの入射位置の温度を算出する技術が開示されている。
【０００８】
下記の非特許文献１に、ガラス基板上の非晶質シリコン薄膜にエキシマレーザを入射させて多結晶化させる際に、エキシマレーザの入射位置にＨｅ−Ｎｅレーザを入射させて、反射率と透過率とを測定することにより、その部分の溶融状態を評価する技術が開示されている。さらに、エキシマレーザビームの入射位置に面内方向の電流を流し、シリコン薄膜のコンダクタンスを測定することにより、コンダクタンスから溶融部分の深さを算出する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−９９２９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３５８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４１９１号公報
【非特許文献１】J. Appl. Phys., Vol.87, No.1,"Excimer laser-induced temperature field in melting and resolidificationof silicon thin films", 1 January (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体基板を移動させながら、基板全面を高速でアニールする際に、溶融した部分の表面温度を測定する技術が望まれる。
【００１１】
本発明の目的は、アニール対象物のレーザビーム入射位置の溶融部分の表面温度を測定する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によると、
アニール対象物の表面のうち、パルスレーザビームが入射した領域内の被測定領域からの放射光の強度を検出する放射光検出器と、
前記被測定領域の反射率を測定する反射率測定器と、
前記反射率測定器による反射率の測定結果、及び前記放射光検出器による放射光の強度の測定結果に基づいて、前記アニール対象物の表面の温度を算出する制御装置と
を有する温度計測装置が提供される。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によると、
アニール対象物の表面の被測定領域内における固相状態及び液相状態の部分の面積の比率を計測する工程と、
計測された面積の比率から、前記被測定領域の実効的な放射率を算出する工程と、
前記被測定領域からの放射光の強度と、算出された実効的な放射率とに基づいて、該被測定領域の温度を算出する工程と
を有する温度算出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
アニール対象物の表面の溶融状態から、実効的な放射率を算出することができる。算出された放射率と、放射光の強度とに基づいて、アニール対象物の表面温度を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに、実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。ＸＹステージ１がアニール対象である半導体基板２を保持し、その表面に平行な２次元方向に移動させる。半導体基板２の表面に平行な面をｘｙ面とし、基板の法線方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれｙ軸に平行な視線、及びｘ軸に平行な視線で見たときの概略図を示す。
【００１６】
アニール用レーザ光源５が、制御装置５０からのトリガ信号ｓｉｇ１に同期して、アニール用パルスレーザビームＬａを出射する。アニール用レーザ光源５は、例えばレーザダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器であり、第２高調波を出射する。一例として、出射されるパルスレーザビームのパルス幅は１００ｎｓ程度であり、パルス周波数は１ｋＨｚである。
【００１７】
アニール用レーザ光源５から出射されたレーザビームＬａが、整形均一化光学系６を経由して、ＸＹステージ１に保持された半導体基板２に入射する。整形均一化光学系６は、半導体基板２の表面におけるレーザビームの断面を、ｙ軸方向に長い長尺形状にし、かつ面内における光強度分布を均一化させる。例えば、ビーム断面のｙ軸方向の長さを２．５ｍｍ、ｘ軸方向の幅を０．２５ｍｍとする。ＸＹステージ１を駆動して半導体基板２をｘ軸方向に移動させながら、パルスレーザビームを入射させる主走査工程と、半導体基板２をｙ軸方向にずらす副走査工程とを繰り返すことにより、半導体基板２の表面のほぼ全面をレーザアニールすることができる。ＸＹステージ１は制御装置５０により制御される。
【００１８】
測定用光源１０が、測定用レーザビームを出射する。測定用光源１０として、例えばＨｅ−Ｎｅレーザが使用される。測定用光源１０から出射された測定用レーザビームが、パルス化装置１１、光ファイバ１２、レンズ１３を経由して、半導体基板２の、アニール用パルスレーザビームが入射する領域内に入射する。パルス化装置１１は、例えばポッケルスセルと偏光板とを含み、測定用光源１０から出射された測定用レーザビームをパルス化する。なお、パルス化装置１１は必須ではない。
【００１９】
半導体基板２の表面で反射された測定用レーザビームの反射光が、レンズ２０、第１のフィルタ２１、第２のフィルタ２２、光ファイバ２３を経由して、反射光検出器２４に入射する。第１のフィルタ２１は、波長が５３０ｎｍよりも短い光を遮光し、第２のフィルタ２２は、波長が７００ｎｍよりも長い光を遮光する。第１のフィルタ２１及び第２のフィルタ２２により、アニール用レーザビームの入射により発生したプルームからのプラズマ光、及び温度上昇による黒体放射光等が遮光され、主として測定用レーザビームの反射光のみが反射光検出器２４に入射する。反射光検出器２４に入射する光の純度を高めるために、光ファイバ２３と反射光検出器２４との間に分光器を挿入してもよい。反射光検出器２４として、高い時間分解能を持つフォトダイオードを使用することができる。
【００２０】
反射光検出器２４は、反射光の強度を電気信号に変換する。電気信号に変換された反射光の強度信号ｓｉｇ２が制御装置５０に入力される。
【００２１】
アニール用パルスレーザビームが入射した領域が加熱されることにより放射された放射光の一部が、レンズ３０、第３のフィルタ３１、第４のフィルタ３２、第５のフィルタ３３、及び光ファイバ３４を経由して放射光検出器３５に入射する。第３のフィルタ３１は、波長が５３０ｎｍよりも短い光を遮光する。第４のフィルタ３２は、波長が８４０ｎｍよりも短い光を遮光する。第５のフィルタ３３は、波長が９６０ｎｍよりも長い光を遮光する。これにより、波長が８４０〜９６０ｎｍの範囲内の放射光が、放射光検出器３５に入射する。放射光検出器３５として、例えばアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管等が使用される。放射光検出器３５は、放射光の強度を電気信号に変換する。電気信号に変換された放射光の強度信号ｓｉｇ３が、制御装置５０に入力される。
【００２２】
図２に、制御装置５０のブロック図を示す。制御装置５０は、ＡＤ変換ボード６０、ワークステーション７０、及び表示装置８０を含む。ＡＤ変換ボード６０は、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ、６１Ｂ、メモリ６２Ａ、６２Ｂ、及びＰＣＩインタフェース６３を含む。ワークステーション７０は、ＰＣＩインタフェース７１、中央処理装置（ＣＰＵ）７２、メインメモリ７３、及び外部記憶装置７４を含む。
【００２３】
図１に示した反射光検出器２４から出力された反射光強度信号ｓｉｇ２が、一方のＡ／Ｄ変換器６１Ａに入力され、放射光検出器３５から出力された放射光強度信号ｓｉｇ３が、他方のＡ／Ｄ変換器６１Ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂは、それぞれ、入力された反射光強度信号ｓｉｇ２及び放射光強度信号ｓｉｇ３を、デジタルデータである反射光強度データ及び放射光強度データに変換し、メモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納する。なお、この変換処理は、ワークステーション７０から計測信号ｓｉｇ４が与えられている期間に行われる。
【００２４】
ＣＰＵ７２は、ＡＤ変換ボード６０のメモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納された反射光強度データ及び放射光強度データを、ＰＣＩインタフェース６３及び７１を経由して外部記憶装置７４に転送する。さらに、データ処理した結果を、表示装置８０に表示する。
【００２５】
図３に、実施例によるレーザアニール装置内の各種信号のタイミングチャートを示す。制御装置５０が、ＸＹステージ１を駆動して、半導体基板２を、主走査方向（ｘ軸方向）に一定速度で移動させるとともに、１つの主走査が終了すると副走査方向（ｙ軸方向）に移動させる。この主走査と副走査を行いながら、アニール用レーザ光源５に、周波数１ｋＨｚのトリガ信号ｓｉｇ１を送信する。アニール用レーザ光源５は、トリガ信号ｓｉｇ１に同期して、パルスレーザビームＬａを出射する。
【００２６】
パルスレーザビームＬａの１つのレーザパルスが半導体基板２に入射すると、その表層部が一時的に溶融し、レーザパルスの入射が終了すると、溶融した部分が再結晶化する。表層部が溶融している期間、反射率が高くなるため、反射光強度信号ｓｉｇ２が大きくなる。また、半導体基板２の表面温度が上昇するため、放射光強度信号ｓｉｇ３も大きくなる。
【００２７】
トリガ信号ｓｉｇ１がアニール用レーザ光源５に入力された時点から、半導体基板２の表層部が一旦溶融して再結晶化が完了するまでの期間、またはそれよりもやや長い期間、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂに、計測信号ｓｉｇ４が与えられる。Ａ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂは、それぞれ計測信号ｓｉｇ４が与えられている期間、周波数２００ＭＨｚのサンプリング信号ｓｉｇ５に基づいて、反射強度信号ｓｉｇ２及び放射光強度信号ｓｉｇ３をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された反射光強度データ及び放射光強度データが、それぞれメモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納される。
【００２８】
計測信号ｓｉｇ４がＡ／Ｄ変換器６１Ａ及び６１Ｂに与えられている計測期間が終了し、次のトリガ信号ｓｉｇ１がアニール用レーザ光源５に入力されるまでの転送期間ｔｐの間に、ＣＰＵ７２が、メモリ６２Ａ及び６２Ｂに格納されている反射光強度データ及び放射光強度データを、外部記憶装置７４に転送する。アニール開始時点から半導体基板２に入射したレーザパルスに一連のショット番号を付与したとき、反射光強度データ及び放射光強度データは、ショット番号に対応付けられる。アニール期間中、半導体基板２が一定速度で移動しているため、ショット番号は、半導体基板２の表面内のアニール用パルスレーザビームの入射位置に対応付けることができる。
【００２９】
次に、反射光検出器２４で検出された反射光の強度の時間変化から、半導体基板２の一時的に溶融した部分の深さ（溶融深さ）を求める方法について説明する。
【００３０】
表面が溶融している時間τｓは、下記の式で表すことができる。下記の式は、Springer-Verlag社から出版されているDieter Bauerle著「Laser Processing and Chemistry(Advanced Texts in Physics)」に開示されている。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ここで、τ１はアニール用パルスレーザビームのパルス幅、φは半導体基板２の表面におけるアニール用パルスレーザビームのフルエンス（１パルスあたりのエネルギ密度）、φｍは、半導体基板２の表層部が溶融するためのフルエンスのしきい値、ζは、下記の式から求まる定数である。
【００３３】
【数２】
【００３４】
ここで、ｃＰは半導体基板２の定圧比熱、θｍは、半導体基板２の融点Ｔｍからアニール用パルスレーザビーム照射前の基板温度を減じた温度、ΔＨｍは、半導体基板２の融解熱、ｅｒｆ（ｘ）は誤差関数である。
【００３５】
パルスレーザビームの照射を行ったときに溶融した部分の最大の深さｈｍは、下記の式で表すことができる。下記の式は、上述のSpringer-Verlag社から出版されているDieter Bauerle著「Laser Processing andChemistry (Advanced Texts in Physics)」に開示されている。
【００３６】
【数３】
【００３７】
ここで、Ｐはアニール用パルスレーザビームのパワー、Ｒは半導体基板２の表面の反射率、ＰＬは、半導体基板２に与えられたエネルギのうち熱伝導等による損失分、Ｆは溶融した部分の表面積、ρは半導体基板２の密度である。
【００３８】
式（３）の右辺のＰ／Ｆは、単位面積あたりのパルスレーザビームのパワー（Ｗ／ｍ２）を表す。単位「Ｗ」は、単位「Ｊ／ｓ」に等しいため、単位時間あたりで考えると、Ｐ／Ｆは、フルエンスφ（Ｊ／ｃｍ２）に相当する。このため、式（３）から、下記の式が導出される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
ここで、Ａ１及びＡ２は、半導体基板２の表面における反射率Ｒ、エネルギ損失ＰＬ、融解熱ΔＨｍ、密度ρ、アニール用パルスレーザビームのスポットサイズ（面積Ｆに相当）等から定めることができる。融解熱、密度、及びアニール用パルスレーザビームのスポットサイズは一定である。また、反射率及びエネルギ損失は、半導体基板の材料、形状等に依存するが、量産を考えた場合、同一種類の製品であれば、基板ごとに大きな差はないと考えられる。このため、Ａ１及びＡ２は、定数と考えることができる。
【００４１】
式（１）から、フルエンスφは下記の式で表すことができる。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、Ａ３は定数である。式（４）及び式（５）から、溶融した部分の深さｈｍは、以下の式で表すことができる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
ここで、Ｃ１及びＣ２は定数である。定数Ｃ１及びＣ２が決定されれば、溶融時間τｓから溶融部分の深さｈｍを算出することができる。
【００４６】
図４に、反射光検出器２４で検出された反射光強度の時間変化の一例を示す。横軸は、経過時間を単位「ｎｓ」で表し、縦軸は反射光の強度を任意目盛で表す。アニール対象の半導体基板２として、ボロンがイオン注入されたシリコン基板を用いた。アニール用パルスレーザビームのフルエンスは２．７Ｊ／ｃｍ２とした。反射光強度のバックグラウンドが約０．０８であり、アニール用パルスレーザビームを照射した後、反射光強度が約０．１５まで上昇する。反射強度は、約３００ｎｓの時間、約０．１５に維持され、その後、緩やかに低下する。
【００４７】
反射光強度が０．１５で一定に維持されている期間は、測定用レーザビームのビームスポット内の全領域が溶融している状態であると考えられる。溶融部分の外周から徐々に固化が進み、測定用レーザビームのビームスポット内で固化が始まると、反射光強度が低下し始める。約８００ｎｓでほぼ全面が固化し、反射光強度がほぼバックグランドレベルまで戻っている。反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで上昇した時点から、１／２の大きさまで低下した時点までの経過時間を、溶融時間とした。
【００４８】
図５に、フルエンスを変化させてアニールを行ったときの、溶融時間と、溶融深さとの関係を示す。横軸は溶融時間を単位「ｎｓ」で表し、縦軸は溶融深さを単位「ｎｍ」で表す。溶融深さは、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により測定した深さ方向に関するボロン濃度分布から求めた。４つの実測値が、ほぼ式（６）に示す曲線上に位置していることが分かる。図５のグラフから、式（６）の右辺の定数Ｃ１及びＣ２を決定することができる。
【００４９】
決定された定数Ｃ１及びＣ２が制御装置５０に入力され、記憶される。制御装置５０は、式（６）に基づいて、溶融時間τｓから溶融深さｈｍを算出することができる。
【００５０】
上記実施例では、反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで上昇した時点から、１／２の大きさまで低下した時点までの経過時間を、溶融時間としたが、他の定義を採用してもよい。採用する定義が異なると、得られる定数Ｃ１及びＣ２の値が異なってくる。いずれの定義を採用した場合でも、反射光の強度の時間変化に基づいて、溶融深さが算出される。
【００５１】
次に、半導体基板２の表層部の温度変化の測定方法について説明する。温度Ｔの黒体から放射される波長λの光子の単位面積あたり、かつ単位波長あたりのエネルギ密度Ｌ（Ｗ／ｍ２／ｍ）は、下記のヴィーンの近似式で表すことができる。
【００５２】
【数７】
【００５３】
ここで、第１定数ｃ１は、１．７４×１０−１６Ｗ・ｍ２であり、第２定数ｃ２は、０．０１４４ｍ・Ｋである。なお、ヴィーンの近似式が１％以内の誤差で成立するのは、λＴが３．１２×１０−３ｍ・Ｋ未満の範囲内である。実施例では、放射光の測定波長λが約９００ｎｍであるから、温度Ｔが３４７０Ｋ以下の温度範囲でヴィーンの近似式が成立する。シリコンの沸点が３１７３Ｋであるため、実施例で測定される温度範囲であれば、ヴィーンの近似式が１％以内の誤差で成り立つ。
【００５４】
式（７）を変換すると、下記の式が得られる。
【００５５】
【数８】
【００５６】
実際には、固相のシリコンの放射率は約０．４４であり、液相のシリコンの放射率は約０．２１である。このため、放射光検出器３５の出力信号の大きさをＥとすると、半導体基板２の表層部が固相の時の温度Ｔｓ及び液相の時の温度Ｔｌは、下記のように表される。
【００５７】
【数９】
【００５８】
ここで、ｃ３は、放射光検出器３５の感度や、フィルタ等による損失に基づいて決定される定数である。式（９）の定数ｃ３が決定されれば、放射光検出器３５の出力信号の大きさＥから、半導体基板２の表面温度Ｔを算出することができる。次に、定数ｃ３の決定方法について説明する。
【００５９】
図６に、アニール用パルスレーザビームを入射させたときの、放射光検出器３５の出力信号の時間変化の一例を示す。なお、参考のために、反射光検出器２４の出力信号の時間変化を併せて示す。横軸は、経過時間を単位「ｎｓ」で表し、左縦軸は、放射光検出器３５の出力信号を単位「Ｖ」で表し、右縦軸は、反射光検出器２４の出力信号を単位「Ｖ」で表す。図６は、１ショット目のレーザパルスの入射による熱的影響が残っている短い期間内に２ショット目のレーザパルスを入射させた場合の出力信号の時間変化を示す。このレーザアニール方法は、一般的に「ダブルパルス法」と呼ばれる。ダブルパルス法では、極短い間隔での２つのレーザパルスの入射が、例えば周波数１ｋＨｚ（周期１ｍｓ）で繰り返される。さらに、レーザパルスの入射による熱的影響が残っている極短い期間に、３個以上のレーザパルスを入射させてもよい。一般的に、レーザパルスの入射による熱的影響が残っている極短い期間に複数のレーザパルスを入射させる方法を「マルチパルス法」と呼ぶこととする。
【００６０】
経過時間約１５０ｎｓの時点で、１ショット目のレーザパルスが入射し、経過時間約４５０ｎｓの時点で２ショット目のレーザパルスが入射している。すなわち、１ショット目のレーザパルスの入射から、２ショット目のレーザパルスの入射までの遅延時間は３００ｎｓである。
【００６１】
１ショット目のレーザパルスの入射によって、反射光検出器の出力が上昇するが、極短い時間で、元のベースレベルまで低下する。これは、表面が一旦溶融するが、溶融部分が極浅いため、直ちに固化するためである。これに対し、２ショット目の照射によって溶融した時の反射光検出器の出力の低下は緩やかである。これは、１ショット目に比べて深くまで溶融しているため、完全に固化するまでの時間が長いためである。このため、実際に溶融した部分の深さを求めるためには、２ショット目における反射光検出器の出力の変動に着目すればよい。
【００６２】
例えば、図５から、溶融時間が約２２０ｎｓ以下の場合には、溶融深さが０であることがわかる。図６において、１ショット目のレーザパルスが入射したときの溶融時間は、反射光検出器の出力波形から、約１１０ｎｓであることがわかる。この溶融時間を、図５のグラフに適用すると、溶融深さは０になる。ただし、反射率が液相状態の値まで上昇しているため、全く溶融していないのではなく、極浅い表層部のみが溶融していると考えられる。
【００６３】
レーザパルスが入射すると、半導体基板２の表面温度が上昇する。表層部の溶融が始まると、半導体基板２に投入されたエネルギが、融解熱として消費されるため、温度がほとんど上昇しなくなる。溶融部分が広がると、新たな溶融が生じるよりも、溶融した部分の温度の上昇が支配的になり、温度が再上昇を始める。また、固相から液相に相転移すると、放射率が０．４４から０．２１に低下するため、放射光検出器３５で検出される放射光の強度が低下する。
【００６４】
２ショット目のレーザパルスの入射後の放射光検出器の出力信号の時間変化に着目すると、経過時間５００ｎｓの近傍で短時間の間、放射光検出器３５の出力信号の増加が停止していることがわかる。これは、半導体基板２の溶融が開始に伴う温度上昇率の抑制、及び放射率の低下に起因する。すなわち、この時点における放射光検出器３５の出力信号の大きさ（約０．１Ｖ）が、シリコンの融点（１６８３Ｋ）に相当する。この状態変化は、固相から液相への相転移であるため、この時点における放射光検出器３５の出力信号の大きさ、及びシリコンの融点を、式（９）の固相のときの温度Ｔｓの式に代入することにより、定数ｃ３を決定することができる。定数ｃ３が決定されると、式（９）から、固相及び液相のいずれの状態のときでも、放射光検出器３５の出力信号から温度を算出することができる。
【００６５】
次に、温度が下降する期間の放射率の設定方法の一例について説明する。２ショット目のレーザパルスの入射によって溶融した領域の固化は、その外周から内側に向かって進む。図６に示した経過時間５５０ｎｓの時点では、放射光の強度が検出されている領域は、ほぼ全面が溶融していると考えられる。固化が進むと、放射光の強度が検出されている領域のうち一部分が固相、他の部分が液相の状態になる。反射率を測定するための測定用レーザビームが入射する領域（被測定領域）においても、同様に、一部分が液相になり、他の部分が固相になる。このため、図６に示したように、反射光の強度は、経過時間５５０ｎｓ近傍で一旦極大値を示した後、緩やかに低下している。緩やかに低下している期間は、被測定領域に液相領域と固相領域とが混在している状態である。
【００６６】
図６に示した経過時間５５０ｎｓ付近において反射光検出器の出力が極大値を示しているときに、反射光が検出されている領域の全面が液相状態であり、経過時間２０００ｎｓ付近で出力がベースレベルになっているときに、全面が固相状態であると考えることができる。反射光の強度を測定することにより、液相の領域の面積と固相の領域の面積との比を求めることができる。
【００６７】
２ショット目のレーザパルスを入射させた後の、反射光強度の最大値をＭ、ベースレベルをＢ、一旦溶融した部分が固化するまでの期間のある時点の反射光強度をＥとすると、固相状態の領域の面積と、液相状態の領域の面積との比は、（Ｅ−Ｂ）：（Ｍ−Ｅ）と表すことができる。
【００６８】
放射光検出器３５によって放射光が検出される領域と、反射光検出器２４によって反射光が検出される領域とが、一致している場合には、放射光が検出される領域内の液相部分の面積と固相部分の面積との比を求めることができる。反射光検出器２４で検出された反射光の強度がＥであるとき、この面積の比は、（Ｅ−Ｂ）：（Ｍ−Ｅ）と表すことができる。このときの放射率εａｖは、下記のように表すことができる。
【００６９】
【数１０】
【００７０】
一旦溶融した部分の固化が進行中の期間における半導体基板の表面の温度は、式（９）において、固相の放射率０．４４または液相の放射率０．２１に代えて、式（１０）の放射率を適用することにより、算出することができる。なお、反射光強度の最大値Ｍ、ベースレベルＢ、現時点の反射光の強度Ｅは、反射光検出器２４の出力信号を平滑化してノイズを除去した後の出力波形から決定することが好ましい。
【００７１】
図７に、図６に示した放射光検出器の出力信号から算出された温度変化を示す。経過時間が５００ｎｓの時点で融点を超えている。
【００７２】
図６では、２ショット目のレーザパルスを入射させたときの反射光の強度の変動に着目して、溶融深さを算出したが、ダブルパルス法を採用する場合、反射光強度の変化の形態によって、１ショット目及び２ショット目のいずれに着目すべきかが決定される。以下、反射光強度の変化の種々の形態について、溶融深さの算出方法を説明する。図８Ａ〜図８Ｄに、反射光強度の変化の種々の形態を示す。
【００７３】
図８Ａに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によって一旦溶融するが、その深さが極浅いため、直ちに固化する。この場合には、実質的に、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２による反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。これは、図６に示した形態と同一である。
【００７４】
図８Ｂに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によっては溶融せず、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２によって初めて溶融する。１ショット目の入射時には、表面が固相状態のままであるため、反射率はほとんど変化しない。この場合には、図８Ａの形態と同様に、実質的に、２ショット目のレーザパルスの入射時の反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。
【００７５】
図８Ｃに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によって表面が溶融して固化した後、２ショット目のレーザパルスが入射するが、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２では溶融しない。このため、２ショット目のレーザパルスの入射時には、反射率の強度がほとんど変化しない。この場合には、実質的に、１ショット目のレーザパルスの入射時における反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。なお、２ショット目のレーザパルスの入射によって溶融するが、溶融時間が、１ショット目のレーザパルスの入射時における溶融時間よりも短い場合、１ショット目のレーザパルスの入射時における反射光の強度変化に基づいて、溶融深さを算出すればよい。
【００７６】
図８Ｄに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１によって表面が溶融した後、直ちに２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２が行われることにより、反射率の強度変化が２つに分離できない。この場合には、実効的に１ショットのレーザパルスが入射したと仮定して、反射光強度の変化から溶融深さを算出すればよい。
【００７７】
図８Ｅに示す形態においては、１ショット目のレーザパルスの入射Ｓ１でいったん溶融した部分が完全に固化する前に、２ショット目のレーザパルスの入射Ｓ２が行われる。図８Ｄの形態と異なり、１ショット目のレーザパルスの入射による反射光強度の変化と、２ショット目のレーザパルスの入射による反射光強度の変化とを、分離することができる。この場合には、１ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間と、２ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間とを求め、２つの溶融時間のうち、長い方の溶融時間に基づいて、溶融深さを算出すればよい。１ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間は、反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで上昇した時点から、２つのピークの間の極小値を与える時点までの経過時間とすればよい。２ショット目のレーザパルスの入射による溶融時間は、２つのピークの間の極小値を与える時点から、反射光強度が、バックグランドレベルから最大値までの上昇分の１／２の大きさまで低下した時点までの経過時間とすればよい。
【００７８】
次に、図９を参照して、式（９）の定数ｃ３を決定するための他の方法について説明する。
【００７９】
図９は、半導体基板２に照射するアニール用パルスレーザビームのフルエンスと、放射光検出器３５の出力信号の最大値との関係を示す。横軸は、フルエンスを単位「Ｊ／ｃｍ２」で表し、縦軸は、放射光検出器の出力信号の最大値を任意目盛で表す。フルエンスを増加させるに従って、出力信号の最大値が増大している。これは、半導体基板２の表面の最高到達温度が高くなっていることを示す。フルエンスが１１７０〜１２７０Ｊ／ｃｍ２の範囲内で、出力信号の最大値がほぼ一定になっていることがわかる。これは、フルエンス１１７０Ｊ／ｃｍ２の時に、半導体基板２の表層部の溶融が始まったことを意味する。それ以上にフルエンスが増加しても、半導体基板２に投入されたエネルギは、温度上昇ではなく、融解熱として消費される。フルエンスが１２７０Ｊ／ｃｍ２以上になると、溶融部分の拡がりよりも、溶融した部分の温度上昇が支配的になったと考えられる。
【００８０】
この、出力信号の最大値がほぼ一定になっている範囲における出力信号の最大値が、シリコンの融点に対応する。従って、この出力信号の最大値から、定数ｃ３を決定することができる。
【００８１】
次に、１枚の半導体基板２のアニール処理が終了した後の制御装置５０の動作について説明する。
【００８２】
１枚の半導体基板２のアニール処理が終了すると、制御装置５０が、外部記憶装置７４に蓄積されている反射光強度データ及び放射光強度データに基づいて、アニール用パルスレーザビームのショット番号ごとに、溶融深さ及び表面温度を算出する。さらに、各ショット番号のレーザパルスの、半導体基板２の表面内の入射位置を算出する。算出結果が、種々の態様で表示装置８０に表示される。次に、図１０〜図１２を参照して、算出結果の表示方法について説明する。
【００８３】
図１０は、横軸をショット番号、縦軸を溶融深さとして表示した例を示す。画面の下端に表示されたスクロールバーを操作することにより、表示されるショット番号の範囲を移動させることができる。溶融深さが、上下１１５ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲内で変動していることがわかる。このように、溶融深さの変動を視覚的に把握することが可能になる。
【００８４】
図１１は、溶融深さのヒストグラムを表示した例を示す。横軸は、溶融深さを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は頻度を表す。１５５．７１〜１６９．６６ｎｍの範囲の溶融深さの出現頻度が多いことがわかる。これにより、溶融深さのばらつきを容易に把握することが可能になる。
【００８５】
図１２は、半導体基板２の表面をアニール用パルスレーザビームの各レーザパルスが入射した領域に区分し、各領域ごとに算出された溶融深さを色分けして表示した例を示す。表示画面内に、半導体基板の平面図表示領域９０、反射率表示領域９２、温度表示領域９３、ショット番号表示ボックス９４、列番号表示ボックス９５、及び行番号表示ボックス９６が確保されている。
【００８６】
平面図表示領域９０内に、アニール用パルスレーザビームの各レーザパルスが入射した領域に区分された半導体基板２の平面図が表示されている。区分された各領域が、当該領域の溶融深さに対応する色に色付けされる。平面図表示領域内に十字カーソル９１が表示されている。十字カーソル９１により、区分された１つの領域が指定される。
【００８７】
十字カーソル９１で指定された領域の反射率の時間変化、及び温度の時間変化が、それぞれ反射率表示領域９２、及び温度表示領域９３に表示される。また、十字カーソル９１で指定された領域のショット番号、列番号、及び行番号が、それぞれショット番号表示ボックス９４、列番号表示ボックス９５、及び行番号表示ボックス９６に表示される。また、十字カーソル９１を操作する代わりに、ショット番号表示ボックス９４、列番号表示ボックス９５、及び行番号表示ボックス９６内の数値を書き換えることにより、１つの領域を指定することも可能である。
【００８８】
また、平面図表示領域９０内に表示された半導体基板の表面内の特定の領域のみを拡大して表示することも可能である。
【００８９】
図１２に示した表示により、溶融深さの面内の二次元的なばらつきを把握することが可能になる。
【００９０】
上記実施例では、半導体基板のアニール後に、電気的な検査を行うことなく、アニール結果の良否を判定することができる。
【００９１】
上記実施例では、半導体基板に注入された不純物の活性化のためのアニールを例に挙げたが、上記実施例による溶融深さ及び表面温度の算出方法は、その他のアニールにも適用することが可能である。例えば、ガラス基板上に形成されたシリコン薄膜のアニールにも適用することが可能である。
【００９２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施例によるレーザアニール装置の概略図である。
【図２】実施例によるレーザアニール装置の制御装置のブロック図である。
【図３】実施例によるレーザアニール装置の種々の信号のタイミングチャートである。
【図４】アニール用パルスレーザビームを照射した後の反射光強度の時間変化を示すグラフである。
【図５】半導体基板表層部の溶融時間と溶融深さとの関係を示すグラフである。
【図６】アニール用パルスレーザビームを照射した後の放射光検出器からの出力信号の時間変化、及び反射光検出器からの出力信号の時間変化を示すグラフである。
【図７】アニール用パルスレーザビームを照射した後の半導体基板表面の温度の時間変化、及び反射光検出器からの出力信号の時間変化を示すグラフである。
【図８】ダブルパルス法を用いた場合の、反射光強度の変化の種々の形態を示すグラフである。
【図９】アニール用パルスレーザビームのフルエンスと、放射光検出器からの出力信号の最大値との関係を示すグラフである。
【図１０】表示装置に表示されるショット番号と溶融深さとの関係を示すグラフである。
【図１１】表示装置に表示されるヒストグラムである。
【図１２】表示装置に表示される半導体基板の平面図の色分け図等である。
【符号の説明】
【００９４】
１ ＸＹステージ
２ 半導体基板（アニール対象物）
５ アニール用レーザ光源
６ 整形均一化光学系
１０ 測定用光源
１１ パルス化装置
１２ 光ファイバ
１３ レンズ
２０ レンズ
２１、２２ フィルタ
２３ 光ファイバ
２４ 反射光検出器
３０ レンズ
３１〜３３ フィルタ
３４ 光ファイバ
３５ 放射光検出器
５０ 制御装置
６０ ＡＤ変換ボード
６１ Ａ／Ｄ変換器
６２ メモリ
６３ ＰＣＩインタフェース
７０ ワークステーション
７１ ＰＣＩインタフェース
７２ 中央処理装置（ＣＰＵ）
７３ メインメモリ
７４ 外部記憶装置（ＨＤＤ）
８０ 表示装置（ディスプレイ）
９０ 半導体基板の平面図表示領域
９１ 十字カーソル
９２ 反射率表示領域
９３ 温度表示領域
９４ ショット番号表示ボックス
９５ 列番号表示ボックス
９６ 行番号表示ボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニール対象物の表面のうち、パルスレーザビームが入射した領域内の被測定領域からの放射光の強度を検出する放射光検出器と、
前記被測定領域の反射率を測定する反射率測定器と、
前記反射率測定器による反射率の測定結果、及び前記放射光検出器による放射光の強度の測定結果に基づいて、前記アニール対象物の表面の温度を算出する制御装置と
を有する温度計測装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記反射率測定器による反射率の測定結果から、前記被測定領域内の液相状態の部分と固相状態の部分との面積の比率を算出し、その算出結果と、前記放射光検出器による放射強度の測定結果とに基づいて、前記アニール対象物の表面の被測定領域の温度を算出する請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記被測定領域内の液相状態の部分と固相状態の部分との面積の比率から、前記被測定領域の実効的な放射率を算出し、算出された放射率と、前記放射光検出器による放射強度の測定結果とに基づいて、前記アニール対象物の表面の被測定領域の温度を算出する請求項２に記載の温度計測装置。
【請求項４】
アニール対象物の表面の被測定領域内における固相状態及び液相状態の部分の面積の比率を計測する工程と、
計測された面積の比率から、前記被測定領域の実効的な放射率を算出する工程と、
前記被測定領域からの放射光の強度と、算出された実効的な放射率とに基づいて、該被測定領域の温度を算出する工程と
を有する温度算出方法。
【請求項１】
アニール対象物の表面のうち、パルスレーザビームが入射した領域内の被測定領域からの放射光の強度を検出する放射光検出器と、
前記被測定領域の反射率を測定する反射率測定器と、
前記反射率測定器による反射率の測定結果、及び前記放射光検出器による放射光の強度の測定結果に基づいて、前記アニール対象物の表面の温度を算出する制御装置と
を有する温度計測装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記反射率測定器による反射率の測定結果から、前記被測定領域内の液相状態の部分と固相状態の部分との面積の比率を算出し、その算出結果と、前記放射光検出器による放射強度の測定結果とに基づいて、前記アニール対象物の表面の被測定領域の温度を算出する請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記被測定領域内の液相状態の部分と固相状態の部分との面積の比率から、前記被測定領域の実効的な放射率を算出し、算出された放射率と、前記放射光検出器による放射強度の測定結果とに基づいて、前記アニール対象物の表面の被測定領域の温度を算出する請求項２に記載の温度計測装置。
【請求項４】
アニール対象物の表面の被測定領域内における固相状態及び液相状態の部分の面積の比率を計測する工程と、
計測された面積の比率から、前記被測定領域の実効的な放射率を算出する工程と、
前記被測定領域からの放射光の強度と、算出された実効的な放射率とに基づいて、該被測定領域の温度を算出する工程と
を有する温度算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１１６２６９（Ｐ２００８−１１６２６９Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９８４７４（Ｐ２００６−２９８４７４）
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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