JP2007317809A - Laser irradiator, and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザビームを照射する装置、及び、レーザビームを照射して処理を行う方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for irradiating a laser beam and a method for performing processing by irradiating a laser beam.
半導体基板、たとえば円形のシリコンウエハに不純物を注入し、矩形状またはライン状に成形されたレーザビームを照射することにより、注入された不純物を活性化させる技術が知られている。これらの一方向に長いレーザビームは、長さ方向の両端が、たとえばシリコンウエハ上に格子状に画定される複数のチップのスクライブライン上を移動するように、シリコンウエハ上に照射される。(たとえば、特許文献1参照。)これによりチップ内のアニーリング効果を均一にすることができる。
A technique is known in which impurities are injected into a semiconductor substrate, for example, a circular silicon wafer, and the injected impurities are activated by irradiating a laser beam formed in a rectangular shape or a line shape. These long laser beams in one direction are irradiated onto the silicon wafer such that both ends in the length direction move on, for example, scribe lines of a plurality of chips defined in a lattice shape on the silicon wafer. (For example, refer to
シリコンウエハは、保持台、たとえばXYステージ上に保持される。レーザビームのXYステージへの照射を避け、矩形状またはライン状に成形されたビームを円形のシリコンウエハにのみ照射しようとすると、シリコンウエハ上には、ビームが照射されず、アニールが行われない領域が生じる。これは長尺のビームを照射する場合に、特に問題となりうる。 The silicon wafer is held on a holding table such as an XY stage. Avoiding the irradiation of the laser beam to the XY stage and irradiating only the circular silicon wafer with the rectangular or line shaped beam, the beam is not irradiated on the silicon wafer and annealing is not performed. A region arises. This can be a problem particularly when a long beam is irradiated.
これに対する方策として、たとえばシリコンウエハ外縁、及びXYステージを冶具で覆って、レーザビームを照射する方法が考えられる。しかしこの方法では、冶具に照射されたレーザビームにより、シリコンウエハに金属汚染やパーティクル発生の問題が生じる可能性がある。 As a countermeasure against this, for example, a method of covering the outer edge of the silicon wafer and the XY stage with a jig and irradiating a laser beam can be considered. However, in this method, there is a possibility that metal contamination and particle generation problems may occur on the silicon wafer due to the laser beam applied to the jig.
本発明の目的は、高いスループットで、高品質の製品を製造することが可能なレーザ照射装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus capable of manufacturing a high-quality product with high throughput.
また、本発明の他の目的は、高いスループットで、高品質の製品を製造することが可能なレーザ処理方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a laser processing method capable of producing a high-quality product with high throughput.
本発明の一観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する位置に処理対象基板を保持し、該処理対象基板を、その被照射面に平行な方向に移動させるステージと、前記レーザ光源と前記ステージとの間のレーザビームの経路上に配置され、レーザビームを遮光する遮光領域内に、レーザビームを透過させる透過領域が画定された透過領域制限器と、前記透過領域制限器の透過領域を透過したレーザビームを、前記ステージに保持された処理対象基板の被照射面に結像させる結像光学系と、前記透過領域制限器を、前記結像光学系の光軸に垂直な方向に移動させる移動装置と、前記透過領域制限器の透過領域内に固定された仮想点が、前記ステージに保持された処理対象基板の被照射面に結像する結像点と、該処理対象基板との相対位置が変化しないように、前記ステージと前記移動装置とを制御する制御装置とを有するレーザ照射装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a laser light source that emits a laser beam and a processing target substrate are held at a position where the laser beam emitted from the laser light source is incident, and the processing target substrate is parallel to the irradiated surface. And a transmission region that is arranged on a laser beam path between the laser light source and the stage and in which a transmission region that transmits the laser beam is defined in a light shielding region that blocks the laser beam A limiter, an imaging optical system that forms an image of the laser beam transmitted through the transmission region of the transmission region limiter on the irradiated surface of the processing target substrate held by the stage, and the transmission region limiter, A moving device that moves in a direction perpendicular to the optical axis of the imaging optical system, and a virtual point fixed in the transmission region of the transmission region limiter are irradiated on the processing target substrate held on the stage. And imaging point for imaging the surface, so that the relative position between the processed substrate is not changed, the laser irradiation device is provided with a controller for controlling said stage and said mobile device.
このレーザ照射装置を用いて、たとえばレーザアニールを行うと、パーティクルの発生を防止しつつ、半導体基板のチップ形成領域全域をアニールすることができる。このため、高品質の半導体装置を、高いスループットで製造することができる。 When laser annealing is performed using this laser irradiation apparatus, for example, the entire chip formation region of the semiconductor substrate can be annealed while preventing generation of particles. For this reason, a high-quality semiconductor device can be manufactured with high throughput.
また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを遮光する遮光領域内に、レーザビームを透過させる透過領域が画定された透過領域制限器を経由させ、該透過領域を透過したレーザビームが、処理対象基板の被照射面上に結像する条件で、該処理対象基板にレーザビームを入射させながら、前記透過領域制限器の透過領域内に固定された仮想点が、前記処理対象基板の被照射面に結像する結像点と、該処理対象基板との相対位置が変化しないように、該処理対象基板と該透過領域制限器とを連動させて移動させる工程を有するレーザ処理方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a laser beam transmitted through the transmission region is transmitted through a transmission region limiter in which a transmission region that transmits the laser beam is defined in a light-shielding region that blocks the laser beam. The virtual point fixed in the transmission region of the transmission region limiter while the laser beam is incident on the processing target substrate under the condition of forming an image on the irradiated surface of the processing target substrate, A laser processing method comprising a step of moving the substrate to be processed and the transmission region limiter in conjunction with each other so that the relative position between the image forming point imaged on the irradiated surface and the substrate to be processed does not change. Provided.
このレーザ処理方法は、たとえば上述のレーザ照射装置を用いて実施することができる。 This laser processing method can be implemented using, for example, the above-described laser irradiation apparatus.
本発明によれば、高いスループットで、高品質の製品を製造することが可能なレーザ照射装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser irradiation apparatus which can manufacture a high quality product with a high throughput can be provided.
また、本発明によれば、高いスループットで、高品質の製品を製造することが可能なレーザ処理方法を提供することができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a laser processing method capable of manufacturing a high-quality product with high throughput.
図1は、実施例によるレーザ照射装置を示す概略図である。レーザ照射装置は、処理チャンバ40、搬送チャンバ82、搬出入チャンバ83、84、レーザ光源71、ホモジナイザ72、透過領域制限板23、結像レンズ系25、制御装置26、CCDカメラ88、及びビデオモニタ89を含んで構成される。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a laser irradiation apparatus according to an embodiment. The laser irradiation apparatus includes a
処理チャンバ40と搬送チャンバ82がゲートバルブ85を介して結合され、搬送チャンバ82と搬出入チャンバ83、及び搬送チャンバ82と搬出入チャンバ84が、それぞれゲートバルブ86及び87を介して結合されている。処理チャンバ40、搬出入チャンバ83及び84には、それぞれ真空ポンプ91、92及び93が取り付けられ、各チャンバの内部を真空排気することができる。
The
搬送チャンバ82内には、搬送用ロボット94が収容されている。搬送用ロボット94は、処理チャンバ40、搬出入チャンバ83及び84の各チャンバ相互間でシリコンウエハ(処理基板)を移送する。
A
処理チャンバ40の上面に、レーザビーム透過用の石英窓38が設けられている。なお、石英の代わりに、BK7(硼珪クラウン7)等の可視光学ガラスを用いてもよい。レーザ光源71は、たとえばパルスレーザビームを出力する2台のレーザ発振器と、偏光ビームスプリッタとを含んで構成される。2台のレーザ発振器から出力されたパルスレーザビームは、偏光ビームスプリッタを用いて合成され、レーザ光源71から出射する。レーザ光源71から出射されたパルスレーザビームはアッテネータ76を通ってホモジナイザ72に入射する。ホモジナイザ72は、レーザビームの断面形状を成形するとともに、ビーム断面内の強度を均一にする。
A
ホモジナイザ72を通過したレーザビームは、透過領域制限板23、結像レンズ系25を経て、石英窓38を透過し、処理チャンバ40内のXYステージ44上に保持されたシリコンウエハに入射する。XYステージ24は、レーザビームの光軸方向と垂直な方向に、透過領域制限板23を移動させることができる。XYステージ44は、シリコンウエハ表面に平行な2次元方向に、シリコンウエハを移動させることができる。XYステージ24とXYステージ44との間には、制御装置26が接続されている。
The laser beam that has passed through the
ホモジナイザ72、透過領域制限板23、XYステージ24、結像レンズ系25、及び制御装置26については、次図を用いて詳述する。
The
シリコンウエハ表面はCCDカメラ88により撮影され、処理中のウエハ表面をビデオモニタ89で観察することができる。
The surface of the silicon wafer is photographed by a
図2(A)は、実施例によるレーザ照射装置の特徴部分を示す概略図である。 FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a characteristic portion of the laser irradiation apparatus according to the embodiment.
ホモジナイザ72は、アレイレンズ21及びコンデンサ22を含んで構成される。ホモジナイザ72を出射したレーザビームは、前述のように、透過領域制限板23、結像レンズ系25、及び石英窓38を通過して処理チャンバ40内のXYステージ上44に載置されたシリコンウエハ27に入射する。XYステージ24と処理チャンバ40内のXYステージ44との間には、制御装置26が接続されている。
The
アレイレンズ21は、多数の微小レンズをアレイ状に配置したもので、入射ビームを多数の微小ビームに分割し、重ね合わせることにより、ビーム断面に一様な強度分布を作成する機能を有する。
The
コンデンサ22は、入射ビームを高効率で結像レンズ系25に導くとともに、ビーム断面における強度を一様に近づける。
The
ホモジナイザ72は、レーザビームのビーム断面内の光強度分布を、透過領域制限板23の配置された位置において均一に近づける。
The
透過領域制限板23は、透過領域を備え、入射するレーザビームを透過領域以外の部分(遮光領域)でカットすることにより、ビームの断面を、透過領域の外周形状を有する形状に成形することができる。
The transmissive
ホモジナイザ72と透過領域制限板23とは、レーザビーム10が、透過領域制限板23の位置に焦点を結ぶような位置に配置される。
The
XYステージ24は、透過領域制限板23を移動させるために用いられる。結像レンズ系25は、透過領域制限板23におけるレーザビームの成形断面を、シリコンウエハ27上に結像させることができる。制御装置26は、処理チャンバ40内にあってシリコンウエハ27を載置しているXYステージ44の動作と、透過領域制限板23の移動機構であるXYステージ24の動作とを連動させることができる。
The XY
実施例によるレーザ照射装置は、透過領域制限板23で成形されたレーザビームが、結像レンズ系25を経てシリコンウエハ27に照射される構造を有する。透過領域制限板23を出射した直後のレーザビームがシリコンウエハ27に照射される構造を採用した場合には、使用態様によっては、シリコンウエハ27の直前で透過領域制限板23にレーザビームが照射されることに起因する汚染、シリコンウエハ27に透過領域制限板23が接触することによる汚染等が生じる場合がある。
The laser irradiation apparatus according to the embodiment has a structure in which the laser beam formed by the transmission
図2(B)は、XYステージ44に載置されたシリコンウエハ27の平面図であり、レーザビーム10の進行方向(光軸方向)に沿って見た図である。シリコンウエハ27は、平面視上、たとえば直径150mmの円形状から一部の円弧が弦状に切り取られた形状を備える。一部の円弧が弦に置き替わった部分は、いわゆるオリフラ(orientationflat)27aであり、シリコンウエハ27の結晶方位を確認するための目印として機能する。
FIG. 2B is a plan view of the
実施例によるレーザ照射装置を用いて、シリコンウエハ27にレーザビームを照射(アニーリング)することにより、シリコンウエハ27の活性化やシリコン膜の結晶化を行い、半導体装置を製造することができる。半導体装置の製造においては、通常、シリコンウエハ27の外周からたとえば5mmの周辺部には、半導体装置(チップ)を作り込まない。したがって、周辺部には、レーザビームを照射する必要はなく、また、汚染防止のためには、照射しない方が好ましい。本図においては、チップを作り込まない周辺部と、作り込む中央部との境界を点線で示した。シリコンウエハ27の外周線で定められる形状と、点線で定められる形状とは、たとえば相似である。
By irradiating the
図2(C)は、透過領域制限板23と、その移動機構であるXYステージ24を示す概略図である。
FIG. 2C is a schematic diagram showing the transmission
透過領域制限板23は、たとえば誘電体を多層コートして形成され、シリコンウエハ27と相似形(合同を含む。)である透過領域(誘電体をコートしない領域)23aを有し、XYステージ24の側面に取り付けられる。透過領域23aの外縁のうち、シリコンウエハ27のオリフラ27aに対応する部分が、オリフラ対応部分23bである。XYステージ24は、透過領域制限板23に入射するレーザビームの進行方向と垂直な方向に、透過領域制限板23を移動させることができる。
The transmissive
アレイレンズ21及びコンデンサ22で一方向に長い断面形状とされたレーザビーム10が、透過領域制限板23に入射する。入射レーザビーム10の断面形状の長さ方向と、透過領域23aのオリフラ対応部分23bとは、たとえば平行である。透過領域制限板23の透過領域23a以外の部分に入射したレーザビーム10はカットされ、透過領域23aに入射したレーザビーム10は、断面を、透過領域23aの外縁形状を有する形状に成形される。本図には、透過領域制限板23を出射するレーザビーム10の断面形状に斜線を付して示した。この斜線部分の形状が、シリコンウエハ27表面上に結像される。
The
透過領域制限板23をXYステージ24を介して、XYステージ44によるシリコンウエハ27の動きと同期させて移動させることで、シリコンウエハ27の中央部(チップが形成されない周辺部を除いた領域、図2(B)に示した半導体ウエハ27の点線の内側領域)のみに、レーザビームを照射することができる。
By moving the transmission
図3(A)〜(I)を参照して、第1の実施例によるレーザ処理方法(レーザアニーリング方法)について説明する。 A laser processing method (laser annealing method) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図3(A)を参照する。アニーリング対象であるシリコンウエハ27の表面上にレジスト膜30を形成し、露光及び現像を行うことにより、レジスト膜30に開口部30aを形成する。第1の実施例においては、平面視上、直径150mmの円形状から一部の円弧がオリフラ27aとして、弦状に切り取られた形状のシリコンウエハ27を用いた。
Reference is made to FIG. An
図3(B)を参照する。レジスト膜30をマスクとし、開口部30aを通してシリコンウエハ27の表層部にゲルマニウムイオンを注入する。これにより、開口部30aに対応する領域の表層部がアモルファス化され、アモルファス領域31が形成される。なお、アモルファス化される領域は、例えばMOSFETのソース及びドレイン領域等である。ソース及びドレイン領域をアモルファス化させる場合には、MOSFETのゲート電極をマスクとして、ソース及びドレイン領域となる領域に、たとえばゲルマニウムイオンを注入する。
Reference is made to FIG. Using the resist
図3(C)を参照する。レジスト膜30をマスクとして、シリコンウエハ27の表層部に不純物を注入する。不純物は、例えばボロン(B)、リン(P)、砒素(As)等である。これにより、不純物注入領域32が形成される。その後、レジスト膜30を除去する。
Reference is made to FIG. Impurities are implanted into the surface layer portion of the
続いて図1に示したレーザ照射装置のステージ44にシリコンウエハ27を保持し、シリコンウエハ27表面にレーザビームを照射する。レーザビームは、たとえば波長527nmのNd:YLFレーザの2倍高調波である。パルス幅はたとえば110ns、シリコンウエハ27表面における1パルスあたりのエネルギ密度は、シリコンウエハ27の表層部が溶融しない程度の大きさ、たとえば700〜800mJ/cm2とする。レーザビームの1パルスあたりのエネルギ密度は、シリコンウエハ27表面の温度がアモルファスシリコンの融点(1147℃)を超えないように調節されている。レーザビームの照射によってシリコンウエハ27表面が加熱され、固相成長が生じ、アモルファス領域31が再結晶化されるとともに、不純物注入領域32内の不純物が活性化する。
Subsequently, the
図3(D)〜(I)を参照して、レーザビームの照射方法について説明する。 With reference to FIGS. 3D to 3I, a laser beam irradiation method will be described.
図3(D)は、第1の実施例に用いる透過領域制限板23及びXYステージ24を示す概略図である。前述のように、透過領域制限板23は、シリコンウエハ27(及びシリコンウエハ27の中央部)と相似形の透過領域23aを有する。第1の実施例においては、透過領域23aを、直径140mmの円形状から一部の円弧をオリフラ対応部分23bとして切り取った形状(シリコンウエハ27の中央部と合同な形状)とし、透過領域制限板23の位置におけるビームの断面形状を、等倍光学系である結像レンズ系25を用いて、シリコンウエハ27表面上に結像する。レーザビームの照射工程においては、透過領域23aの全領域を少なくとも一度は、レーザビーム10が透過するようにする。
FIG. 3D is a schematic diagram showing the transmission
透過領域制限板23に、一方向に長いレーザビーム10が入射する。レーザビーム10の長さは150mmであり、幅は、0.05mmである。レーザビーム10は、その長さ方向と、オリフラ対応部分23bとが平行となるように(一点鎖線で示した中心線と垂直となるように)、かつ、その長さ方向の中央が中心線上にあるように、透過領域制限板23に入射する。入射する領域は、オリフラ対応部分23bとは反対側である。
A
レーザビーム10は、透過領域制限板23により、透過領域23aの連続する一つの外縁に沿ってカットされ、透過領域23aを透過した部分(本図においては斜線で示した。)のみが、結像光学系25によってシリコンウエハ27上に結像される。
The
図3(E)には、図3(D)に示す工程で成形されたレーザビーム10が入射するシリコンウエハ27上の領域を斜線で示した。透過領域制限板23で断面形状を成形されたレーザビームは、レーザビームが透過した透過領域23aの領域に対応するシリコンウエハ27中央部上の領域に入射する。なお、前述のように、シリコンウエハ27は、処理チャンバ内のXYステージ44上に載置されている。
In FIG. 3E, the region on the
図3(F)を参照する。XYステージ24により、透過領域制限板23が、たとえば図の上側に、透過領域23aの中心線と平行に0.01mm移動される。この結果、レーザビーム10は、透過領域制限板23に、ビームの幅方向に沿って、図3(D)に示した入射位置よりも0.01mm下側の位置に入射する。入射したレーザビーム10は、透過領域制限板23により、透過領域23aの外縁に沿ってカットされ、透過領域23aを透過した部分(本図においては斜線で示した。)のみが、結像光学系25によってシリコンウエハ27上に結像される。
Reference is made to FIG. The
図3(G)を参照する。シリコンウエハ27は、XYステージ44により、透過領域制限板の移動と連動されて、シリコンウエハ27の中心線と平行に、図の上側に0.01mm移動される。図3(G)には、図3(F)に示す工程で成形されたレーザビーム10が入射するシリコンウエハ27上の領域を斜線で示した。透過領域制限板23で断面形状を成形されたレーザビームは、レーザビームが透過した透過領域23aの領域に対応するシリコンウエハ27中央部に入射する。このように、透過領域制限板23の透過領域23a内に固定された仮想点が、シリコンウエハ27表面に結像する結像点と、シリコンウエハ27との相対位置が変化しないように、透過領域制限板23とシリコンウエハ27とを連動させる。
Reference is made to FIG. The
図3(G)に斜線で示した領域のうち、80%の部分が、図3(E)に斜線で示した領域と重複する。すなわちレーザビームは80%の重複率で、シリコンウエハ27に照射される。このように、XYステージ24により、透過領域制限板が、透過領域の中心線と平行に0.01mmずつ移動され、それと連動してシリコンウエハ27が、XYステージ44により、中心線に沿って同じ方向に、0.01mmずつ移動され、移動のたびにレーザビームを透過領域を通してシリコンウエハ27に照射することで、透過領域制限板でカット、成形されたレーザビームが、シリコンウエハ27の中央部の全領域に照射される。
80% of the area indicated by hatching in FIG. 3G overlaps the area indicated by hatching in FIG. That is, the laser beam is irradiated onto the
図3(H)を参照する。本図に斜線で示したのは、オリフラ対応部分23bを含む透過領域23aの外縁に沿ってカットされた、レーザビーム10の成形断面である。
Reference is made to FIG. A hatched portion in the drawing is a shaped cross section of the
図3(I)を参照する。図3(H)に斜線で示した断面形状のレーザビームは、本図において斜線を付した領域に入射し、レーザビームの照射が終了する。こうして、シリコンウエハ27の外周部にはレーザビームを照射せず、中央部の全領域にレーザビームを照射することができる。
Reference is made to FIG. The laser beam having the cross-sectional shape shown by hatching in FIG. 3H is incident on the hatched region in this drawing, and the irradiation of the laser beam is completed. In this way, it is possible to irradiate the entire area of the central portion without irradiating the outer peripheral portion of the
図4(A)〜(J)を参照して、第2の実施例によるレーザ処理方法(レーザアニーリング方法)について説明する。 A laser processing method (laser annealing method) according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
第2の実施例においても、図3(A)〜(C)を参照して説明した不純物注入の工程については、第1の実施例と同様に行う。第2の実施例は、アニールするシリコンウエハのサイズ、透過領域制限板の透過領域のサイズ、透過領域制限板に入射させるレーザビームのサイズ、及び、レーザビームの照射方法において、第1の実施例と異なる。なお、使用するパルスレーザビームの波長、パルス幅、及び、シリコンウエハ表面における1パルスあたりのエネルギ密度は、第1の実施例におけるそれらと同様である。また、第2の実施例においても、等倍光学系を構成する結像レンズ系を用いる。 Also in the second embodiment, the impurity implantation process described with reference to FIGS. 3A to 3C is performed in the same manner as in the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in the size of the silicon wafer to be annealed, the size of the transmission region of the transmission region limiting plate, the size of the laser beam incident on the transmission region limiting plate, and the laser beam irradiation method. And different. The wavelength of the pulse laser beam to be used, the pulse width, and the energy density per pulse on the silicon wafer surface are the same as those in the first embodiment. Also in the second embodiment, an imaging lens system constituting an equal magnification optical system is used.
第2の実施例に用いるシリコンウエハは、平面視上、たとえば直径200mmの円形状から一部の円弧をオリフラとして、弦状に切り取った形状を備える。また、透過領域制限板の透過領域は、直径190mmの円形状から一部の円弧をオリフラ対応部分として誘電体をコートしない形状(第2の実施例で使用するシリコンウエハの中央部と合同な形状)を有する。更に、第2の実施例においては、長さ100mm、幅0.1mmの一方向に長いレーザビームを透過領域制限板に入射させる。 The silicon wafer used in the second embodiment has a shape obtained by cutting a circular arc having a diameter of, for example, 200 mm into a chord shape with a partial arc as an orientation flat in a plan view. In addition, the transmission region of the transmission region limiting plate has a circular shape with a diameter of 190 mm and a shape in which a part of the arc is an orientation flat corresponding portion and is not coated with a dielectric (a shape congruent with the central portion of the silicon wafer used in the second embodiment ). Further, in the second embodiment, a laser beam that is long in one direction with a length of 100 mm and a width of 0.1 mm is made incident on the transmission region limiting plate.
以下、第2の実施例によるレーザ処理方法(レーザアニーリング方法)におけるレーザ照射方法について説明する。 The laser irradiation method in the laser processing method (laser annealing method) according to the second embodiment will be described below.
図4(A)を参照する。 長さ100mm、幅0.1mmの一方向に長いレーザビーム10を、ビームが透過領域23aの中心線より左側の領域を透過するように、透過領域制限板23に入射させる。レーザビーム10は、その長さ方向と、オリフラ対応部分23bとが平行となるように(透過領域23aの中心線とは垂直となるように)、かつ、その長さ方向の右端が中心線上にあるように、透過領域制限板23に入射する。入射する領域は、オリフラ対応部分23bとは反対側である。
Reference is made to FIG. The
レーザビーム10は、透過領域制限板23により、透過領域23aの外縁に沿ってカットされ、透過領域23aを透過した部分のみが、結像光学系25によってシリコンウエハ27上に結像される。
The
図4(B)には、図4(A)に示す工程で成形されたレーザビーム10が入射するシリコンウエハ27上の領域を斜線で示した。透過領域制限板23で断面形状を成形されたレーザビームは、レーザビームが透過した透過領域23aの領域に対応するシリコンウエハ27中央部に入射する。レーザビームの右端は、シリコンウエハ27の中心線上に照射される。なお、シリコンウエハ27表面上には、相互に交差、たとえば直交する複数のスクライブラインが格子状に画定されている。スクライブラインは、個々のチップに分割するために用いられ、たとえばシリコンウエハ27の中心線に沿っても画定されている。
In FIG. 4B, a region on the
図4(C)を参照する。XYステージ24により、透過領域制限板23が、たとえば図の上側に、透過領域23aの中心線と平行に0.01mm移動される。この結果、レーザビーム10は、透過領域制限板23に、ビームの幅方向に沿って、図4(A)に示した入射位置よりも0.01mm下側の位置に入射する。入射したレーザビーム10は、透過領域制限板23により、透過領域23aの外縁に沿ってカットされ、透過領域23aを透過した部分のみが、結像光学系25によってシリコンウエハ27上に結像される。
Reference is made to FIG. The
図4(D)を参照する。シリコンウエハ27は、XYステージ44により、透過領域制限板23の移動と同期されて、シリコンウエハ27の中心線と平行に、図の上側に0.01mm移動される。図4(D)には、図4(C)に示す工程で成形されたレーザビーム10が入射するシリコンウエハ27上の領域を斜線で示した。透過領域制限板23で断面形状を成形されたレーザビームは、レーザビームが透過した透過領域23aの領域に対応するシリコンウエハ27中央部に入射する。
Reference is made to FIG. The
図4(D)に斜線で示した領域のうち、90%の部分が、図4(B)に斜線で示した領域と重複する。すなわちレーザビームは90%の重複率で、シリコンウエハ27に照射される。このように、XYステージ24により、透過領域制限板が、透過領域の中心線と平行に0.01mmずつ移動され、それと同期してシリコンウエハ27が、XYステージ44により、中心線に沿って同じ方向に、0.01mmずつ移動され、移動のたびにレーザビームを透過領域を通してシリコンウエハ27に照射することにより、透過領域制限板でカット、成形されたレーザビームが、シリコンウエハ27の中央部の左半分の領域に照射される。
90% of the area indicated by hatching in FIG. 4D overlaps the area indicated by hatching in FIG. That is, the laser beam is irradiated onto the
図4(E)を参照する。本図に斜線で示したのは、オリフラ対応部分23bの左半分を含む透過領域23aの外縁に沿ってカットされた、レーザビーム10の成形断面である。
Reference is made to FIG. A hatched portion in the drawing is a shaped cross section of the
図4(F)を参照する。図4(E)に斜線で示した断面形状のレーザビームは、本図において斜線を付した領域に入射する。 Reference is made to FIG. The laser beam having the cross-sectional shape shown by hatching in FIG. 4E is incident on the hatched region in this drawing.
図4(G)を参照する。XYステージ24により、透過領域制限板23が、たとえば図の左側に、透過領域23aの中心線と垂直に100mm移動される。この結果、レーザビーム10は、透過領域制限板23に、ビームの長さ方向に沿って、図4(E)に示した入射位置よりも100mm右側の位置に入射する。すなわちレーザビーム10の長さ方向の左端が中心線上を通過する。
Reference is made to FIG. By the
図4(H)を参照する。シリコンウエハ27は、XYステージ44により、透過領域制限板の移動と連動されて、シリコンウエハ27の中心線と垂直に、図の左側に100mm移動される。図4(H)には、図4(G)に示す工程で成形されたレーザビーム10が入射するシリコンウエハ27上の領域を斜線で示した。
Reference is made to FIG. The
以下、XYステージ24により、透過領域制限板が、透過領域の中心線と平行に0.01mmずつ移動され、それと同期してシリコンウエハ27が、XYステージ44により、中心線に沿って同じ方向に、0.01mmずつ移動され、移動のたびにレーザビームを透過領域を通してシリコンウエハ27に照射することにより、透過領域制限板でカット、成形されたレーザビームが、シリコンウエハ27の中央部の右半分の領域に照射される。
Thereafter, the transmission region limiting plate is moved by 0.01 mm in parallel with the center line of the transmission region by the
図4(I)を参照する。本図に斜線で示したのは、オリフラ対応部分23bの反対側において透過領域23aの外縁に沿ってカットされた、レーザビーム10の成形断面である。
Reference is made to FIG. A hatched portion in this drawing is a shaped cross section of the
図4(J)を参照する。図4(I)に斜線で示した断面形状のレーザビームは、本図において斜線を付した領域に入射し、レーザビームの照射が終了する。こうして、シリコンウエハ27の外周部にはレーザビームを照射せず、中央部の全領域にレーザビームを照射することができる。
Reference is made to FIG. The laser beam having the cross-sectional shape shown by hatching in FIG. 4I is incident on the hatched region in this drawing, and the irradiation of the laser beam is completed. In this way, it is possible to irradiate the entire area of the central portion without irradiating the outer peripheral portion of the
第2の実施例においては、シリコンウエハに入射するレーザビームの長さ方向の端部は、シリコンウエハの中央部と周辺部との境界上に加え、シリコンウエハの中心線上をも移動した。しかし中心線上にはスクライブラインが画定されているため、アニーリング効果の不均一になる位置が、スクライブラインに一致する。このため、チップにおいては、アニーリング効果を均一にすることができる。 In the second embodiment, the lengthwise end of the laser beam incident on the silicon wafer moved on the center line of the silicon wafer in addition to the boundary between the central portion and the peripheral portion of the silicon wafer. However, since the scribe line is defined on the center line, the position where the annealing effect becomes non-uniform coincides with the scribe line. For this reason, the annealing effect can be made uniform in the chip.
第1の実施例においては、シリコンウエハの直径と等しい長さのビームを照射してアニールを行った。また、第2の実施例においては、シリコンウエハに直径の1/2の長さのビームを照射した。実施例によるレーザ処理方法(レーザアニーリング方法)によれば、シリコンウエハの中央部以外には、レーザビームを入射させず、かつ、中央部には全領域に、レーザビームを照射することができる。このようなことが、従来のレーザアニーリング方法によれば、殊に大面積のビームを用いて行う場合に困難であったことを考慮し、更に、長さの長いビームを使用した方がアニールを効率よく行えることを考え合わせると、実施例によるレーザ処理方法(レーザアニーリング方法)には、シリコンウエハの直径の1/4以上の長さを有するレーザビームを用いることが好ましく、1/2以上の長さを有するレーザビームを用いることがより好ましいであろう。 In the first embodiment, annealing was performed by irradiating a beam having a length equal to the diameter of the silicon wafer. In the second embodiment, the silicon wafer was irradiated with a beam having a length ½ of the diameter. According to the laser processing method (laser annealing method) according to the embodiment, it is possible to irradiate the entire region with the laser beam without entering the laser beam except for the central portion of the silicon wafer. In consideration of the fact that the conventional laser annealing method is difficult particularly when a large-area beam is used, annealing using a long beam is more effective. Considering what can be done efficiently, the laser processing method (laser annealing method) according to the embodiment preferably uses a laser beam having a length of ¼ or more of the diameter of the silicon wafer, and ½ or more. It would be more preferable to use a laser beam having a length.
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these.
たとえば実施例においては、オリフラを有するシリコンウエハを用いたが、ノッチを有するシリコンウエハでも同様に適用可能である。この場合、透過領域制限板の透過領域は円形でよい。 For example, in the embodiment, a silicon wafer having an orientation flat is used, but a silicon wafer having a notch can be similarly applied. In this case, the transmission area of the transmission area limiting plate may be circular.
また、実施例においては、等倍率光学系を構成する結像レンズ系を用いたが、拡大または縮小光学系を構成する結像レンズ系を採用してもよい。等倍率光学系の場合には、透過領域制限板の透過領域のサイズは、シリコンウエハのサイズとはほぼ等しいが、拡大光学系の場合には、シリコンウエハよりも小さいサイズとなり、逆に、縮小光学系の場合には、シリコンウエハよりも大きいサイズとなる。更には、透過領域制限板やシリコンウエハの移動方向(たとえば、XYステージのX方向またはY方向)で、拡大率または縮小率の異なる投影光学系を用いてもよい。 In the embodiment, the imaging lens system constituting the equal magnification optical system is used. However, an imaging lens system constituting the enlargement or reduction optical system may be adopted. In the case of an equal magnification optical system, the size of the transmission area of the transmission area limiting plate is almost equal to the size of the silicon wafer, but in the case of an enlargement optical system, the size is smaller than that of the silicon wafer. In the case of an optical system, the size is larger than that of a silicon wafer. Furthermore, a projection optical system having a different enlargement ratio or reduction ratio in the moving direction of the transmission region limiting plate or the silicon wafer (for example, the X direction or Y direction of the XY stage) may be used.
また、実施例においては、処理対象(アニーリング対象)としてシリコンウエハを用いたが、少なくとも表層部がシリコンで形成されている半導体基板を処理対象(アニーリング対象)とすることもできる。更に、シリコン以外の半導体材料(たとえばGaAs、InSb、Ge、SiC等)を用いることも可能である。 In the embodiment, a silicon wafer is used as a processing target (annealing target), but a semiconductor substrate having at least a surface layer formed of silicon may be a processing target (annealing target). Furthermore, semiconductor materials other than silicon (for example, GaAs, InSb, Ge, SiC, etc.) can be used.
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
半導体装置製造のためのレーザアニーリング方法、レーザアニーリング装置としての利用の他、広く、レーザビームを照射して行う加工方法、加工装置として利用可能である。 In addition to use as a laser annealing method and laser annealing apparatus for manufacturing semiconductor devices, the present invention can be widely used as a processing method and a processing apparatus that perform irradiation with a laser beam.
10 レーザビーム
21 アレイレンズ
22 コンデンサ
23 透過領域制限板
23a 透過領域
23b オリフラ対応部分
24 XYステージ
25 結像レンズ系
26 制御装置
27 シリコンウエハ
27a オリフラ
38 石英窓
40 処理チャンバ
44 XYステージ
71 レーザ光源
72 ホモジナイザ
76 アッテネータ
82 搬送チャンバ
83、84 搬出入チャンバ
85〜87 ゲートバルブ
88 CCDカメラ
89 ビデオモニタ
91〜93 真空ポンプ
94 搬送用ロボット
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する位置に処理対象基板を保持し、該処理対象基板を、その被照射面に平行な方向に移動させるステージと、
前記レーザ光源と前記ステージとの間のレーザビームの経路上に配置され、レーザビームを遮光する遮光領域内に、レーザビームを透過させる透過領域が画定された透過領域制限器と、
前記透過領域制限器の透過領域を透過したレーザビームを、前記ステージに保持された処理対象基板の被照射面に結像させる結像光学系と、
前記透過領域制限器を、前記結像光学系の光軸に垂直な方向に移動させる移動装置と、
前記透過領域制限器の透過領域内に固定された仮想点が、前記ステージに保持された処理対象基板の被照射面に結像する結像点と、該処理対象基板との相対位置が変化しないように、前記ステージと前記移動装置とを制御する制御装置と
を有するレーザ照射装置。 A laser light source for emitting a laser beam;
A stage for holding the processing target substrate at a position where the laser beam emitted from the laser light source is incident, and moving the processing target substrate in a direction parallel to the irradiated surface;
A transmission region limiter disposed on a laser beam path between the laser light source and the stage, wherein a transmission region for transmitting the laser beam is defined in a light shielding region for shielding the laser beam;
An imaging optical system that forms an image of the laser beam transmitted through the transmission region of the transmission region limiter on the irradiated surface of the processing target substrate held by the stage;
A moving device for moving the transmission region limiter in a direction perpendicular to the optical axis of the imaging optical system;
The relative position between the imaging point where the virtual point fixed in the transmission region of the transmission region limiter forms an image on the irradiated surface of the processing target substrate held on the stage and the processing target substrate does not change. Thus, the laser irradiation apparatus which has the control apparatus which controls the said stage and the said moving apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006144780A JP2007317809A (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Laser irradiator, and laser processing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016032084A (en) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 株式会社リコー | Wafer and method of manufacturing the same, piezoelectric element, droplet discharge head, and droplet discharge device |
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2006
- 2006-05-25 JP JP2006144780A patent/JP2007317809A/en not_active Withdrawn
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