激光退火装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能够推测注入于较深区域的掺杂剂的活性化率的激光退火装置。退火对象物保持在从激光光源输出的激光束入射的位置。红外线检测器检测来自退火对象物的热辐射光。在从退火对象物到红外线检测器为止的热辐射光的路径上配置有不使波长比1μm短的光入射到红外线检测器的光学元件。

Laser annealing device

The present invention provides a laser annealing device capable of speculation of the activation rate of dopant injected into a deeper area. The annealed object is kept at the position of the laser beam output from the laser source. The infrared detector detects the thermal radiation light from the annealed object. In the path of the heat radiation light from the annealed object to the infrared detector, the optical element that does not allow the light to incident to the infrared detector that does not have a wavelength shorter than 1 m is configured.

【技术实现步骤摘要】
激光退火装置
本专利技术涉及一种激光退火装置。
技术介绍
在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的制造工序中，在距基板的背面1～3μm左右的较深区域形成缓冲层。因此，需要使离子注入到较深区域的掺杂剂活性化。在专利文献1中公开有适于对注入到较深区域的掺杂剂进行活性化退火的激光退火装置。在该激光退火装置中，对激光二极管供给具有顶部平坦的时间波形的脉冲电流。因此，即便是较低的峰值功率密度也能够进行充分的退火。专利文献1：日本特开2013-74019号公报通过测定半导体基板的方块电阻能够推测掺杂剂的活性化率。方块电阻的测定通常使用四探针法。然而，四探针法难以测定由注入于1～3μm左右的较深区域的掺杂剂引起的方块电阻。活性化率的测定采用扩展电阻测定法。要想进行扩展电阻测定，需要对退火对象物进行切割、磨削等预处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够推测注入于较深区域的掺杂剂的活性化率的激光退火装置。根据本专利技术的一种观点，提供一种激光退火装置，其具有：激光光源，输出激光束；载物台，将退火对象物保持在从所述激光光源输出的所述激光束入射的位置；红外线检测器，检测来自保持于所述载物台的所述退火对象物的热辐射光；光学元件，配置在从所述退火对象物到所述红外线检测器为止的所述热辐射光的路径上，且不使波长比1μm短的光入射到所述红外线检测器。波长比1μm短的光会被由硅酮制成的退火对象物吸收，因此波长比1μm短的热辐射光难以从较深区域放射到外部。因此，波长比1μm短的热辐射光的强度中反映有相对较浅区域的温度信息，而不会反映有较深区域的温度信息。相对于此，波长比1μm长的热辐射光的强度中反映有较浅区域以及较深区域这两个区域的温度信息。光学元件不允许波长比1μm短的热辐射光入射到红外线检测器。因此，较浅区域的温度信息给红外线检测器的检测结果带来的影响下降。其结果，能够使用红外线检测器的检测结果和活性化率换算数据来推断较深区域的掺杂剂的活性化率。附图说明图1是实施例的激光退火装置的概略图。图2是使用实施例的激光退火装置制造的IGBT的剖视图。图3是表示对退火对象物照射一次脉冲激光束时的脉冲激光束的波形以及来自红外线检测器的输出信号波形的测定结果的图表。图4是表示热辐射光的峰值强度与磷的活性化率之间的关系的图表。图5是表示热辐射光的峰值强度与磷的活性化率之间的关系的图表。图6是表示热辐射光的强度的积分值与磷的活性化率之间的关系的图表。图7是表示热辐射光的强度的积分值与磷的活性化率之间的关系的图表。图8是表示一次脉冲激光束的波形以及来自红外线检测器的输出信号的经时变化的一个例子的图表。图9是使用了实施例的激光退火装置的退火方法的流程图。图10是其他实施例的激光退火装置的概略图。图11是图10所示的激光退火装置的检测系统的概略图。图12是使用了图10、图11所示的激光退火装置的退火方法的流程图。图中：10-激光光源，11-均匀化光学系统，12-分色镜，13-透镜，14-全反射镜，15-光学滤光片，16-透镜，17-红外线检测器，20-控制装置，21-存储装置，22-活性化率换算数据，23-热辐射光检测值，25-输出装置，30-退火对象物，31-载物台，35-热辐射光，40-硅基板，41-基极区，42-发射极区，43-栅电极，44-栅极绝缘膜，45-发射极电极，46-集电极层，47-缓冲层，48-集电极，51-第1激光光源，52-衰减器，53-光束扩展器，54-光束均化器，55-分色镜，56-聚光透镜，57-传播光学系统，61-第2激光光源，61A、61B-固体激光振荡器，62A、62B-衰减器，63A、63B-光束扩展器，64-反射镜，65-分束镜，66-光束均化器，67-分色镜，70-检测系统，71、72-分色镜，73-透镜，74-表面温度检测器，75-全反射镜，76-1/4波片，77-分束镜，78-透镜，79-反射光检测器，80-1/2波片，81-测定用光源，82-参考光检测器。具体实施方式图1中示出实施例的激光退火装置的概略图。激光光源10输出脉冲激光束。从激光光源10输出的脉冲激光束的光束分布被均匀化光学系统11均匀化。通过了均匀化光学系统11的脉冲激光束入射到分色镜12。分色镜12反射从激光光源10输出的脉冲激光束的波长区域的光。被分色镜12反射的脉冲激光束被透镜13聚集，并入射到退火对象物30。退火对象物30保持于载物台31。退火对象物30例如为注入有掺杂剂离子的硅晶片。控制装置20控制载物台31，以使退火对象物30向面内方向移动。使退火对象物30移动的同时使脉冲激光束入射，从而对退火对象物30表面的整个区域进行退火。若脉冲激光束入射到退火对象物30，则入射位置的表层部被加热，掺杂剂被活性化。从被加热的部分放射出热辐射光35。热辐射光35的一部分被透镜13聚集。分色镜12使波长为1μm以上的波长区域的光透过。透过分色镜12的热辐射光35被全反射镜14反射，并且透过光学滤光片15以及透镜16入射到红外线检测器17。作为光学滤光片15，使用不让波长比1μm短的波长区域的光透过的长通滤光片或带通滤光片。构成配置在从退火对象物30到红外线检测器17为止的路径上的透镜13、16等光学元件的光学玻璃具有吸收波长约3μm以上的光的性质，因此，红外线检测器17能够检测的热辐射光的波长的上限约为3μm。因此，作为光学滤光片15使用带通滤光片的情况下，优选将长波长侧的截止波长设为3μm以上。通过在红外线检测器17之前配置光学滤光片15，热辐射光中的波长比1μm短的成分不会被红外线检测器17检测出，只有波长比1μm长的成分的强度被红外线检测器17检测出。另外，也可以替代光学滤光片15而配置不使波长比1μm短的热辐射光到达红外线检测器17的其他光学元件。作为一例，若分色镜12反射波长比1μm短的光，则分色镜12还作为不使波长比1μm短的热辐射光到达红外线检测器17的光学元件而发挥作用。红外线检测器17的热辐射光的检测结果输入到控制装置20。控制装置20将来自红外线检测器17的检测结果与退火对象物30的面内的位置建立关联并作为热辐射光检测值23而存储于存储装置21。作为一例，针对脉冲激光束的每一次照射获得热辐射光的强度的经时变化。存储于存储装置21的检测结果例如为每一次照射脉冲激光束时的热辐射光强度的峰值或积分值。透镜13及透镜16使退火对象物30的表面成像于红外线检测器17的受光面。成像倍率例如为1倍。红外线检测器17的受光面为直径大约为1mm的圆形。退火对象物30表面上的脉冲激光束的光束点例如为长约2.5mm、宽约0.25mm的长条形状。此时，光束点的宽度方向上的整个区域进入红外线检测器17的受光面。关于光束点的长度方向，仅其一部分进入受光面。通过调整红外线检测器17的受光面的位置，能够接收来自光束点的长度方向上的所希望的位置的热辐射光。例如，来自光束点的长度方向上的中心的热辐射光入射于受光面。通过改变红外线检测器17的受光面的大小或成像倍率，可不检测光束点宽度方向上的整个区域而只检测宽度方向上的一部分。若减小在受光面检测出的区域相对于光束点整个区域的面积比，则会导致从红外线检测器17输出的信号强度的下降。因此，优选根据需要的信号强度而确定成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光退火装置，其特征在于，具有：激光光源，输出激光束；载物台，将退火对象物保持在从所述激光光源输出的所述激光束入射的位置；红外线检测器，检测来自保持于所述载物台的所述退火对象物的热辐射光；光学元件，配置在从所述退火对象物到所述红外线检测器为止的所述热辐射光的路径上，且不使波长比1μm短的光入射到所述红外线检测器。

【技术特征摘要】
1.一种激光退火装置，其特征在于，具有：激光光源，输出激光束；载物台，将退火对象物保持在从所述激光光源输出的所述激光束入射的位置；红外线检测器，检测来自保持于所述载物台的所述退火对象物的热辐射光；光学元件，配置在从所述退火对象物到所述红外线检测器为止的所述热辐射光的路径上，且不使波长比1μm短的光入射到所述红外线检测器。2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还具有控制装置，在所述控制装置中存储有活性化率换算数据，该活性化率换算数据定义由所述红外线检测器检测出的所述热辐射光的强度与注入于所述退火对象物的掺杂剂的活性化率之间的对应关系，所述控制装置根据所述红外线检测器的检测结果和所述活性化率换算数据求出活性化率的估算值。3.根据权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还具有输出装置，所述控制装置向所述输出装置输出所述估算值。4.根据权利要求2或3所述的激光退火装置，其特征在于，从所述激光光源输出的所述激光束为脉冲激光束，所述红外线检测器针对所述脉冲激光束的每一次照射检测出来自所述退火对象物的所述热辐射光的强度，所述控制装置根据由所述红外线检测器检测出的所述热辐射光的强度的峰值求出所述活性化率的估算值。5.根据权利要求2或3所述的激光退火装置，其特征在于，从所述激光光源输出的所述激光束为脉冲激光束，所述红外线检测器针对所述脉冲激光束的每一次照射检测出来自所述退火对...

【专利技术属性】
技术研发人员：若林直木，万雅史，冈田康弘，铃木刚臣，木村定彦，坂本正树，
申请(专利权)人：住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP