JP2016001642A - Laser heat treatment equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はウエハを加熱処理するためのレーザ加熱処理装置に関する。 The present invention relates to a laser heat treatment apparatus for heat-treating a wafer.
赤外線レーザ光をウエハ等に照射して任意の温度にまで加熱し、この加熱温度において所望の処理を行う加熱処理装置は知られている。 There is known a heat treatment apparatus that irradiates a wafer or the like with an infrared laser beam and heats it to an arbitrary temperature, and performs a desired process at the heating temperature.
そのような装置として、例えば、特許文献１には、半導体基板の表面の全面に対して複数のレーザ光の光源ユニットを設けて、該半導体基板の形状に対応したレーザ光照射装置を設置し、このレーザ光照射装置から該半導体基板表面にレーザを照射する装置が、特許文献２には、半導体ウエハ表面にレーザビームを照射させる装置が、特許文献３には、半導体基板を移動させながら、その表面に赤外線レーザ光を照射する装置が、特許文献４には、半導体などの被加工物表面の所要部分を液体で覆い、その液体内にレーザ光を導光して該被加工物を加工する装置が、特許文献５には、半導体基板表面に対して、それぞれ強度分布を均一にした複数のレーザ光を照射して処理を行う装置が記載され、さらに特許文献６には、半導体基板等の被加熱物の表面に対してリング状に集光させたレーザ光を照射することにより均一に照射することが記載されている。 As such an apparatus, for example, in Patent Document 1, a plurality of laser light source units are provided on the entire surface of a semiconductor substrate, and a laser light irradiation apparatus corresponding to the shape of the semiconductor substrate is installed. An apparatus for irradiating the surface of the semiconductor substrate with this laser light irradiation apparatus is disclosed in Patent Document 2 as an apparatus for irradiating a laser beam on the surface of a semiconductor wafer. An apparatus for irradiating an infrared laser beam on a surface is disclosed in Patent Document 4 in which a required portion of a workpiece surface such as a semiconductor is covered with a liquid and the laser beam is guided into the liquid to process the workpiece. Patent Document 5 describes an apparatus that performs processing by irradiating a plurality of laser beams each having a uniform intensity distribution on a semiconductor substrate surface. Further, Patent Document 6 discloses a semiconductor substrate or the like. Subject It has been described to be uniformly irradiated by irradiating a laser beam is condensed in a ring shape with respect to the surface of the object.
半導体素子等にレーザ光を照射して加熱する上記特許文献１〜６に記載の発明は、いずれも半導体等の被加熱物の表面のみに対して直接レーザ光を照射することによって、該表面を瞬時に高温に加熱し、装置内の他の部材を加熱することを極力排除でき、アニーリング等の酸化工程等を行う発明である。ところが、被加熱物の表面は、例えば既にパターンが形成された半導体のように表面が完全に均一な表面ではなく、表面の場所によって、処理されてなる層の構造や組成、物質等が異なることが多い。
そのような被加熱物表面に対して、上記のレーザ加熱装置を用いて加熱処理を行うと、被加熱物表面の場所による照射強度の違いや、表面の構造や組成、物質の違いによってレーザ光の吸収率も異なる。その結果、被加熱物表面の場所によって加熱温度も異なり、加熱ムラが生じることになる。そうすると、加熱された被処理物表面に何らかの処理を行う際には、表面の処理結果も加熱ムラを反映した処理ムラや、それに基づく被膜の損傷や劣化、あるいは、ウエハ自体に結晶欠陥を生じる結果となりえる。
加えて、加熱処理を進めるにつれて、ウエハ表面に別の物質が積層されたり、ウエハ表面が反応したりするので、結果的にレーザ光の吸収率及び放射率が加熱処理の進展と共に変化する。その結果、同じ強度でレーザ光を照射していてもウエハ表面の加熱の程度が変化することや、加熱されたウエハから放射される赤外線の強度が変化する可能性がある。
また複数のレーザ光源を並べ、対向する表面に複数のレーザ光を照射することにより加熱する場合には、該複数のレーザ光源から放射されたレーザ光全体にはムラが生じるため、その表面に対して均一の強度で照射されることがない。仮に均一な温度に加熱する場合には、ウエハを回転させる等のための付加的な装置を要していた。
そして、これらの原因による処理ムラを防止することが必要である。
なお、このような処理ムラの発生を解決するために、被加熱物表面の加熱を穏やかに行うこと、つまり、加熱による温度の上昇速度を極めて小さくすることにより、被加熱物表面全体を均一な温度としながら加熱する手段を採用し得る。しかしながら、そのような加熱条件では、ウエハを速やかに加熱するためにレーザ加熱を行うことの意義は希薄になり、その加熱工程全体の所要時間を不要に長くするので、全体の生産性が悪くなることになる。そのため、現実的な手段とはいえない。
そして、本発明は、ウエハを加熱処理する装置において、上記の問題点を解決して、より正確に均一に、早く加熱を行うことを課題とする。
The inventions described in Patent Documents 1 to 6 that heat a semiconductor element or the like by irradiating it with laser light directly irradiate only the surface of an object to be heated such as a semiconductor with the laser light. It is an invention in which heating to a high temperature instantaneously and heating other members in the apparatus can be eliminated as much as possible, and an oxidation process such as annealing is performed. However, the surface of the object to be heated is not a completely uniform surface, such as a semiconductor on which a pattern has already been formed, and the structure, composition, substance, etc. of the layer to be processed differ depending on the location of the surface. There are many.
When heat treatment is performed on the surface of such an object to be heated using the laser heating apparatus described above, the laser beam is caused by the difference in irradiation intensity depending on the location of the surface of the object to be heated, the structure, composition, or material of the surface. The absorptivity is different. As a result, the heating temperature varies depending on the location of the surface of the object to be heated, and uneven heating occurs. As a result, when any treatment is performed on the heated workpiece surface, the surface treatment result also reflects the treatment unevenness reflecting the heating unevenness, damage or deterioration of the coating based on the treatment unevenness, or crystal defects on the wafer itself. It can be.
In addition, as the heat treatment proceeds, another substance is stacked on the wafer surface or the wafer surface reacts, and as a result, the absorption rate and emissivity of the laser light change with the progress of the heat treatment. As a result, even when the laser beam is irradiated with the same intensity, the degree of heating of the wafer surface may change, and the intensity of infrared rays emitted from the heated wafer may change.
In addition, when a plurality of laser light sources are arranged and heated by irradiating a plurality of laser beams on the opposite surfaces, the entire laser beams emitted from the plurality of laser light sources are uneven, so that And is not irradiated with uniform intensity. If heating to a uniform temperature, an additional device for rotating the wafer is required.
And it is necessary to prevent the process nonuniformity by these causes.
In addition, in order to solve the occurrence of such processing unevenness, the surface of the object to be heated is gently heated, that is, the temperature increase rate due to the heating is extremely reduced, so that the entire surface of the object to be heated is made uniform. Means for heating while maintaining the temperature can be employed. However, under such heating conditions, the significance of performing laser heating in order to quickly heat the wafer is diminished, and the overall time required for the heating process is unnecessarily prolonged, so that the overall productivity is deteriorated. It will be. Therefore, it cannot be said that it is a realistic means.
Then, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to heat the wafer more accurately and uniformly in an apparatus for heat-treating a wafer.
１．加熱処理装置内にてウエハを支持体上に支持し、ビームの直径が該ウエハの直径以上である赤外線レーザ光を該ウエハの裏面に照射する赤外線レーザ光照射装置を設けてなる、該ウエハの裏面に照射する加熱処理装置。
２．該加熱処理装置が特定の雰囲気中にて加熱を行うための装置であり、赤外線レーザ光が２種の波長の光源からなり、一方の光源からなるビームは、そのビームの直径が該ウエハの直径以上であると共に、ウエハの外周縁部に照射される成分の強度をウエハの中央部に照射される成分の強度よりも高くしたものである１に記載の加熱処理装置。
３．照射される赤外線レーザ光は１本のビームからなる１又は２に記載の加熱処理装置。
４．ウエハ裏面に向けて放射温度計を設置し、ウエハ裏面の表面温度を測定する１〜３のいずれかに記載の加熱処理装置。
５．該支持体は複数の棒状からなる１〜４のいずれかに記載の加熱処理装置。
1. An infrared laser light irradiation device for supporting a wafer on a support in a heat treatment apparatus and irradiating the back surface of the wafer with an infrared laser beam having a beam diameter equal to or greater than the diameter of the wafer. A heat treatment device that irradiates the back surface.
2. The heat treatment apparatus is an apparatus for heating in a specific atmosphere, and an infrared laser beam is composed of light sources having two wavelengths, and a beam composed of one of the light sources has a diameter of the beam of the wafer. 2. The heat treatment apparatus according to 1, wherein the intensity of the component irradiated to the outer peripheral edge portion of the wafer is higher than the intensity of the component irradiated to the central portion of the wafer.
3. The heat treatment apparatus according to 1 or 2, wherein the irradiated infrared laser beam includes one beam.
4). The heat treatment apparatus according to any one of 1 to 3, wherein a radiation thermometer is installed toward the back surface of the wafer, and the surface temperature of the back surface of the wafer is measured.
5. The heat treatment apparatus according to any one of 1 to 4, wherein the support has a plurality of rod shapes.
本発明のレーザ加熱処理装置は、被加熱物であるウエハの裏面、つまり、回路等が形成される表面ではない側の面に対して、レーザ光を直接照射することにより、ウエハ表面を特に均一に加熱することができる。ウエハ裏面は通常は均一な物質からなり、かつ平滑な面であるので、照射されたレーザ光はウエハ裏面のどの場所においても、同じ吸収率で吸収されて、同じ温度に加熱されることになる。また、特にガス雰囲気下ではない処理の場合において、加熱処理を行う間でもウエハ裏面の赤外線吸収率は変化しない。
その結果、ウエハ表面に対して行われる、加熱条件下での任意の処理は、ウエハ表面のどの場所においても均一な条件下にて行われることになり、結果的にウエハ表面に対する加熱処理により均一な結果を得ることができる。そしてウエハに対する加熱処理の歩留まりも向上することになる。
The laser heat treatment apparatus of the present invention makes a wafer surface particularly uniform by directly irradiating the back surface of the wafer to be heated, that is, the surface that is not the surface on which a circuit or the like is formed, with laser light directly. Can be heated. Since the back surface of the wafer is usually made of a uniform material and is a smooth surface, the irradiated laser light is absorbed at the same absorption rate and heated to the same temperature everywhere on the back surface of the wafer. . In particular, in the case of processing not under a gas atmosphere, the infrared absorption rate on the back surface of the wafer does not change even during the heat treatment.
As a result, any processing performed on the wafer surface under heating conditions is performed under uniform conditions everywhere on the wafer surface, and as a result, uniform processing is performed by heating the wafer surface. Results can be obtained. And the yield of the heat treatment for the wafer is also improved.
さらに、特に熱処理が特定のガス雰囲気下にて行われる場合、加熱されたウエハ表面から周囲のガスに熱が伝導する。特にウエハの外周縁部はガスに接する面積が大きいので、ガスの種類や濃度によるものの、ガスに伝導する熱量が高くなる傾向にある。そのため、ウエハの該外周縁部と、場合によりさらに該外周縁部に近い領域の表面の温度がウエハ中央部の温度よりも低下する可能性がある。この加熱された温度が均一ではない状態にて熱処理を進めると、ウエハ表面の全面にわたり均一な処理を行うことが困難になり得る。
そのため、ウエハ裏面の中央部に照射されるレーザ光よりも、ウエハ裏面の外周縁部、場合によりさらに該外周縁部に隣接する内側領域に照射されるレーザ光の強度を高くすることが必要とされる。
この結果、上記のウエハ中央部よりも低下するウエハ外周縁部やさらに該外周縁部に近い領域の温度を、該中央部の温度と同じ温度になるようにすることができる。
そしてその結果として、ウエハ表面に対する熱処理をさらに均一に行うことができる。
Further, particularly when the heat treatment is performed in a specific gas atmosphere, heat is conducted from the heated wafer surface to the surrounding gas. In particular, since the outer peripheral edge of the wafer has a large area in contact with the gas, the amount of heat conducted to the gas tends to increase although it depends on the type and concentration of the gas. For this reason, there is a possibility that the temperature of the outer peripheral edge portion of the wafer and, in some cases, the surface of the region near the outer peripheral edge portion may be lower than the temperature of the wafer central portion. If the heat treatment is performed in a state where the heated temperature is not uniform, it may be difficult to perform uniform treatment over the entire surface of the wafer.
Therefore, it is necessary to increase the intensity of the laser beam irradiated to the outer peripheral edge portion of the wafer rear surface, and in some cases the inner region adjacent to the outer peripheral edge portion, rather than the laser light irradiated to the central portion of the wafer rear surface. Is done.
As a result, the temperature of the outer peripheral edge of the wafer, which is lower than the central part of the wafer, and the region near the outer peripheral part can be made the same as the temperature of the central part.
As a result, the heat treatment on the wafer surface can be performed more uniformly.
ウエハ表面の温度制御を行う際に、ウエハ裏面の温度を参酌して行うこともできる。
チャンバー内のウエハの表面温度は放射温度計により測定することが通常であるが、仮にウエハ表面に対してレーザ光を照射しつつ、その温度を放射温度計により測定すると、上記のようにウエハ表面はその場所により構造や組成、物質が異なるために温度が均一とはならず、加熱処理中の温度制御を正確に行うことが困難になる可能性がある。加えて、ウエハ表面の層を形成する物質が、反応や新たな層の形成により変化すると、その赤外線放射率も変化するので、そのようなウエハの表面ではなく、裏面の温度を測定することにより、これらの赤外線放射率の変化の影響を緩和することができる。
しかしながら、ウエハ裏面の温度を放射温度計により測定すると、このような支障を生じないので、より正確にウエハ裏面の温度を測定することができる。特にウエハ裏面の複数箇所の温度を測定することにより、さらに均一な加熱を行うことが可能となる。
When controlling the temperature of the wafer surface, the temperature on the back surface of the wafer can be taken into consideration.
The surface temperature of the wafer in the chamber is usually measured with a radiation thermometer. However, if the temperature is measured with a radiation thermometer while irradiating the wafer surface with laser light, the wafer surface is as described above. Since the structure, composition, and material differ depending on the location, the temperature is not uniform, and it may be difficult to accurately control the temperature during the heat treatment. In addition, if the material forming the layer on the wafer surface changes due to reaction or the formation of a new layer, its infrared emissivity also changes, so by measuring the temperature of the back surface, not the surface of such a wafer, The influence of these infrared emissivity changes can be mitigated.
However, if the temperature on the back surface of the wafer is measured with a radiation thermometer, such a problem does not occur, so that the temperature on the back surface of the wafer can be measured more accurately. In particular, it is possible to perform more uniform heating by measuring the temperature at a plurality of locations on the back surface of the wafer.
ウエハを支持する支持体は、ウエハを載置、取り出す際のウエハ搬送装置と干渉してはならない。加えて、ウエハ裏面に赤外線レーザ光を照射するので、支持体自体が赤外線レーザ光を遮光することを極力排除する必要がある。
そのため、ウエハを支持する支持体の形状及び材料を選択することにより、赤外線レーザ光のうちの遮光される成分を極力削減して、支持するウエハを均一に加熱することができる。
The support for supporting the wafer should not interfere with the wafer transfer device when the wafer is placed and taken out. In addition, since the back surface of the wafer is irradiated with infrared laser light, it is necessary to eliminate as much as possible that the support itself shields the infrared laser light.
Therefore, by selecting the shape and material of the support that supports the wafer, the light shielding component of the infrared laser light can be reduced as much as possible, and the supporting wafer can be heated uniformly.
本発明は、上記の課題を解決するための加熱処理装置であり、ウエハの裏面に赤外線レーザ光を照射することを基本とする。
本発明にて処理されるウエハとしては、シリコン、ＳｉＣ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物等の各種の公知の材料からなるウエハで良く、集積回路、ＭＥＭＳ等の公知の用途用のウエハでよい。
そして、本発明でいうウエハの表面とは、回路が形成される側の面であり、ウエハの裏面とは、回路が形成されない側の面をいう。
レーザ加熱処理装置にて行われる処理及びその条件も、ウエハに対して行われてきた公知の加熱条件下の各種処理及びその条件で良い。例えばウエハに注入された不純物の活性化アニール等の処理である。またウエハの大きさは特に制限されず、直径が０．５インチ前後のものから４５０ｍｍ、もしくはそれ以上のものまでを対象とすることができる。
また、本発明における赤外線レーザ光の１本のビームとは、１つの半導体レーザ発振器等の発振源から得られたビーム、及び複数の半導体レーザ発振器等の発振源から得られた複数のビームを合成して１本のビームとしたものを包含する。
そのようなレーザ加熱処理を行うチャンバーは、加熱処理の種類やウエハの材質及び大きさ等の条件によって決定されるもので良い。
The present invention is a heat treatment apparatus for solving the above-mentioned problems, and is basically based on irradiating the back surface of a wafer with infrared laser light.
The wafer to be processed in the present invention may be a wafer made of various known materials such as silicon, SiC, and III-V group compounds, and may be a wafer for known applications such as an integrated circuit and MEMS.
In the present invention, the front surface of the wafer is a surface on which a circuit is formed, and the rear surface of the wafer is a surface on which a circuit is not formed.
The process performed by the laser heat treatment apparatus and its conditions may be various processes and conditions under known heating conditions performed on the wafer. For example, a process such as activation annealing of impurities implanted into the wafer. The size of the wafer is not particularly limited, and can range from a diameter of about 0.5 inch to a diameter of 450 mm or more.
In addition, one beam of infrared laser light in the present invention is composed of a beam obtained from an oscillation source such as one semiconductor laser oscillator and a plurality of beams obtained from an oscillation source such as a plurality of semiconductor laser oscillators. Including a single beam.
The chamber for performing such laser heat treatment may be determined by conditions such as the type of heat treatment and the material and size of the wafer.
以下に図を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は本発明の加熱処理装置１の概要図であり、チャンバー２内に支柱３により支持された支持体４が設けられ、支持体４上にウエハＷが載置されて加熱処理される装置である。チャンバー２には光学系６から照射される赤外線レーザ光が透過する透過窓７が設けられる。赤外線レーザ光はこの透過窓７を透過して、ウエハＷの裏面に照射される。ウエハＷの裏面に対して斜方から向けられた放射温度計８、及び該放射温度計８用の熱線透過窓が設けられ、ウエハを加熱処理する際にウエハの加熱温度を測定する。ここで使用される放射温度計８は公知のものでよく、該放射温度計８用の熱線透過窓は上記透過窓７と同様の材料からなるものでよい。
また、図１には図示しないが、チャンバー２には、ウエハＷの処理状況を確認するための窓、ウエハ表面の温度を測定するための放射温度計と測定用の窓をチャンバーの上部又は側部に設けることができ、さらに処理に必要なウエハＷを出し入れするためのゲートや、ガスを吸排気するための配管を接続することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention, in which a support 4 supported by a support 3 is provided in a chamber 2 and a wafer W is placed on the support 4 and heat-treated. It is. The chamber 2 is provided with a transmission window 7 through which infrared laser light emitted from the optical system 6 is transmitted. The infrared laser light passes through the transmission window 7 and is irradiated on the back surface of the wafer W. A radiation thermometer 8 directed obliquely with respect to the back surface of the wafer W and a heat ray transmission window for the radiation thermometer 8 are provided, and the heating temperature of the wafer is measured when the wafer is heat-treated. The radiation thermometer 8 used here may be a known one, and the heat ray transmission window for the radiation thermometer 8 may be made of the same material as the transmission window 7.
Although not shown in FIG. 1, the chamber 2 has a window for confirming the processing status of the wafer W, a radiation thermometer for measuring the temperature of the wafer surface, and a measurement window at the upper or side of the chamber. In addition, a gate for taking in and out the wafer W necessary for processing and a pipe for sucking and exhausting gas can be connected.
（ウエハの載置）
本発明の装置を用いてウエハを加熱処理するとき、まず図示しないゲートを介して、チャンバー２内に任意の搬送装置によりウエハを移送する。移送されたウエハは支持体４により確実に支持されるように支持体４上に載置される。
支柱３にて固定されている支持体４は、図２（ｂ）に示されるように、支柱３にネジ等により固定されている。そして支持体４は単に棒状や円柱状であるものでも良いが、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように板状であって、ウエハＷを支持する箇所には凹部５が形成されていても良い。このような凹部５を形成させることによって、搬送装置から本発明の加熱処理装置内に搬送されてきたウエハＷは、凹部５を形成する斜面に当たっても、その斜面を移動して該凹部５に位置されることによって、支持体４上に正確に中央に載置されることになる。
使用される支持体４は、図２の（ａ）に示すように４つであることが好ましく、３つ又は５つ以上でもよいが、４つであれば、ウエハＷを支持体４に乗せるとき、及び支持体４から他に運ぶときに、図示しない該搬送装置が支持体４に干渉することがない。
(Wafer placement)
When a wafer is heated using the apparatus of the present invention, the wafer is first transferred into the chamber 2 by an arbitrary transfer device through a gate (not shown). The transferred wafer is placed on the support 4 so as to be reliably supported by the support 4.
As shown in FIG. 2B, the support 4 fixed by the support 3 is fixed to the support 3 by screws or the like. The support 4 may be simply a rod or column, but as shown in FIGS. 2A to 2C, the support 4 is plate-shaped, and a recess 5 is formed at a location for supporting the wafer W. May be. By forming such a recess 5, the wafer W transferred from the transfer apparatus into the heat treatment apparatus according to the present invention is moved to the inclined surface that forms the recess 5, and is moved to the position of the recess 5. By doing so, it is placed on the support 4 accurately in the center.
The number of supports 4 to be used is preferably four as shown in FIG. 2A, and may be three or more, but if four, the wafer W is placed on the support 4. When transporting from the support 4 to the other, the transport device (not shown) does not interfere with the support 4.
支持体４は、図２（ｂ）にてその下方から照射される赤外線レーザ光を、可能な限り遮蔽しないことが必要である。特に赤外線レーザ光を遮蔽する形状であればあるほど、支持体４にて支持されるウエハＷの部分が大きくなることを意味しており、その遮蔽される部分には赤外線レーザ光が直接照射されない。その結果として、ウエハＷにおいて赤外線レーザ光が直接照射されない箇所の面積が多くなってしまう。
そのため、赤外線レーザ光が支持体４にて遮蔽されることを極力防止するには、支持体４の形状をウエハＷの裏面に平行な面による断面積が小さくなるようにすることが望ましい。具体的な支持体４の形状としては、図２に示される板状又は棒状である。
支柱３と支持体４の材質は、加熱処理温度に対する耐熱性を備え、熱による割れや変形がないことが必須であり、金属製又はセラミック製であることが好ましい。特に支持体４はＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４等からなることが好ましい。加えて、ウエハＷを支持するために十分な強度を有することが必要である。中でも赤外線の透過率が高いＳｉＯ２を採用すると、赤外線レーザ光がより強く支持体４で支持されているウエハの箇所に照射される。なお、赤外線の透過率が高い材料の点からみて、場合によりサファイアやジルコニアを採用することも可能である。
図２における、支持体４のウエハＷと接触する箇所は、支持体４の幅０．２〜１．０ｍｍ程度の箇所であり、この幅は狭いほど赤外線レーザ光を遮蔽しない。
The support 4 is required not to shield the infrared laser light irradiated from below in FIG. 2B as much as possible. In particular, the shape that shields infrared laser light means that the portion of the wafer W supported by the support 4 becomes larger, and the shielded portion is not directly irradiated with infrared laser light. . As a result, the area of the wafer W where the infrared laser light is not directly irradiated increases.
Therefore, in order to prevent the infrared laser beam from being shielded by the support 4 as much as possible, it is desirable that the cross-sectional area of the support 4 is reduced by a plane parallel to the back surface of the wafer W. A specific shape of the support 4 is a plate shape or a rod shape shown in FIG.
The material of the support column 3 and the support 4 is required to have heat resistance against the heat treatment temperature, and to be free from cracking or deformation due to heat, and is preferably made of metal or ceramic. In particular, the support 4 is preferably made of SiO 2 , SiC, Si 3 N 4 or the like. In addition, it is necessary to have sufficient strength to support the wafer W. In particular, when SiO 2 having a high infrared transmittance is employed, the infrared laser beam is irradiated more strongly on the portion of the wafer supported by the support 4. Note that sapphire or zirconia can be used in some cases in view of a material having a high infrared transmittance.
In FIG. 2, the portion of the support 4 that contacts the wafer W is a portion having a width of about 0.2 to 1.0 mm of the support 4. The narrower the width, the more the infrared laser light is not shielded.
（赤外線レーザ光照射）
ウエハＷの加熱処理温度は、ウエハ一般に対するアニーリング等の処理における加熱処理温度でよく、２０００℃まで加熱することが可能である。加熱温度は、レーザ発振器の能力及び処理内容に基づいて決定できる。加熱処理時間としては、その処理内容やウエハの材料、加熱温度等によって異なるが、特に制限はなく、１０秒程度から数時間までの間で任意の時間とすることができる。
加熱するための赤外線レーザ光の波長は、８００ｎｍ〜１２００ｎｍが好ましく、８００ｎｍ〜１０００ｎｍがより好ましい。
(Infrared laser light irradiation)
The heat treatment temperature of the wafer W may be a heat treatment temperature in a process such as annealing for general wafers, and can be heated to 2000 ° C. The heating temperature can be determined based on the capability of the laser oscillator and the processing content. The heat treatment time varies depending on the content of the treatment, the material of the wafer, the heating temperature, and the like, but is not particularly limited, and can be any time from about 10 seconds to several hours.
The wavelength of the infrared laser beam for heating is preferably 800 nm to 1200 nm, and more preferably 800 nm to 1000 nm.
本発明において使用される赤外線レーザ光照射装置には、光源として連続発振高出力半導体レーザ発振器やパルス発振する公知の半導体レーザ発振器等を採用することができる。
これらの半導体レーザ発振器にて発生した赤外線レーザ光は、図１において、光ファイバー９を通じて光学系６に導入される。この光学系６は、非球面レンズ、ロッドレンズ、フライアイレンズ等の複数のレンズを有しており、元々ビーム径が小さい赤外線レーザ光を、ウエハＷに照射できる程度の大きさのビーム径、つまりビームの直径を該ウエハの直径以上とし、かつコリメートされた均一な赤外線レーザ光とする装置である。なおここで、赤外線レーザ光の径はウエハの径に近いほど好ましい、赤外線レーザ光の径がウエハの径よりも大きくなるほど、ウエハの加熱に寄与しない赤外線レーザ光の成分が存在し、ウエハ以外の装置を加熱することになる。
そして光学系６にてビーム径が調整されたレーザ光は、必要に応じて、続く導光管を通過し、さらにチャンバーに設けた透過窓７を通過してウエハＷに照射される。
In the infrared laser light irradiation apparatus used in the present invention, a continuous-wave high-power semiconductor laser oscillator or a known semiconductor laser oscillator that performs pulse oscillation can be adopted as a light source.
Infrared laser light generated by these semiconductor laser oscillators is introduced into an optical system 6 through an optical fiber 9 in FIG. The optical system 6 has a plurality of lenses such as an aspheric lens, a rod lens, and a fly-eye lens, and has a beam diameter that is large enough to irradiate the wafer W with infrared laser light that originally has a small beam diameter, In other words, this is an apparatus that makes the diameter of the beam equal to or larger than the diameter of the wafer and produces a uniform collimated infrared laser beam. Here, the diameter of the infrared laser light is preferably as close as possible to the wafer diameter. As the diameter of the infrared laser light is larger than the diameter of the wafer, there are components of the infrared laser light that do not contribute to heating of the wafer. The device will be heated.
Then, the laser light whose beam diameter is adjusted by the optical system 6 passes through the subsequent light guide tube as necessary, and further passes through the transmission window 7 provided in the chamber and is irradiated onto the wafer W.
この透過窓７は、赤外線の透過率が高い材料からなることが必要である。例えば石英、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２等の赤外線の透過率が高い材料、さらにチャンバー内が減圧にされるときには、機械的強度も有する材料を選択することができる。
もちろん透過窓７はウエハＷの裏面の全面を加熱するためのコリメートされた赤外線レーザ光を透過するので、その大きさはウエハＷよりも少なくとも大であることが必要である。
図１に示すように、ウエハＷの裏面に対して垂直に赤外線レーザ光を照射することが望ましいが、均一に照射可能な範囲において、ウエハＷの裏面に対して斜めに赤外線レーザ光を照射してもよい。もちろん斜めに照射するときにも、ウエハＷの裏面と赤外線レーザ光照射装置の間に所要の透過窓７を設けることになる。
The transmission window 7 needs to be made of a material having a high infrared transmittance. For example, a material having a high infrared transmittance, such as quartz, BaF 2 , MgF 2 , and CaF 2 , and a material having mechanical strength when the pressure in the chamber is reduced can be selected.
Of course, the transmission window 7 transmits the collimated infrared laser beam for heating the entire back surface of the wafer W, so that the size of the transmission window 7 needs to be at least larger than that of the wafer W.
As shown in FIG. 1, it is desirable to irradiate the infrared laser beam perpendicularly to the back surface of the wafer W. However, the infrared laser beam is radiated obliquely to the back surface of the wafer W within a uniformly irradiable range. May be. Of course, also when irradiating obliquely, the required transmission window 7 is provided between the back surface of the wafer W and the infrared laser beam irradiation apparatus.
本発明の加熱処理装置により特定のガスの雰囲気下にてウエハＷを加熱処理する場合には、加熱されたウエハＷの熱量はその周囲のガスに熱伝導をする。そのため、減圧時、特に真空時における処理とは異なり、ウエハＷを均一に加熱するために、加熱温度の制御に注意を要することになる。特にウエハＷの外周縁部は、ウエハＷの両面に加えて外周の縁もガスと接触するので、ウエハＷの中央部よりもガスに向けて放熱しやすい。
その結果、ウエハＷの全面にわたって、均一な温度にて加熱処理することが困難になる可能性がある。特に加熱温度が高温であるほど、この傾向が顕著である。このときのウエハＷは、その中央から外周縁部に向かうほど、温度が低下して、ウエハＷの裏面の温度は不均一となる可能性がある。
このため、ウエハＷの外周縁部の温度低下を補償するように、該外周縁部に対してより強い赤外線レーザ光を照射することが求められる。このときの赤外線レーザ光は、そのビームのウエハＷの中央部に照射される部分よりも、ウエハＷの外周縁部に照射されるビームの部分の強度を高くする必要がある。
なお、外周縁部とは、ウエハＷの加熱時において、ウエハＷの中央部よりもウエハＷの処理に影響が出る恐れがある程度以上に温度が下がるウエハＷの外周部や縁の部分をいう。
When the wafer W is heat-treated in a specific gas atmosphere by the heat treatment apparatus of the present invention, the amount of heat of the heated wafer W conducts heat to the surrounding gas. For this reason, different from the processing at the time of depressurization, particularly in the vacuum, care must be taken in controlling the heating temperature in order to uniformly heat the wafer W. In particular, since the outer peripheral edge of the wafer W is in contact with the gas at the outer peripheral edge in addition to both surfaces of the wafer W, it is easier to radiate the gas toward the gas than at the center of the wafer W.
As a result, it may be difficult to heat-treat the entire surface of the wafer W at a uniform temperature. In particular, this tendency becomes more remarkable as the heating temperature is higher. At this time, the temperature of the wafer W decreases from the center toward the outer peripheral edge, and the temperature of the back surface of the wafer W may become non-uniform.
For this reason, it is required to irradiate the outer peripheral edge with a stronger infrared laser beam so as to compensate for the temperature drop of the outer peripheral edge of the wafer W. At this time, the intensity of the portion of the beam irradiated to the outer peripheral edge of the wafer W needs to be higher than that of the portion irradiated to the central portion of the wafer W of the infrared laser beam.
Note that the outer peripheral edge means an outer peripheral portion or an edge portion of the wafer W where the temperature is more than a certain level that may affect the processing of the wafer W more than the central portion of the wafer W when the wafer W is heated.
そのため、例えば図３に記載された装置を使用して、ウエハＷの中央部のみ、又は中央部と外周縁部に照射される赤外線レーザ光を得るための、レーザ光源Ａと光ファイバー９で接続された光学系６ａを設け、かつ、ウエハＷの外周縁部に赤外線レーザ光を照射するための、レーザ光源Ｂと光ファイバー９にて接続した光学系６ｂを設けることができる。
そしてレーザ光Ａ及びレーザ光ＢはウエハＷに照射することができる。
このため、この図３において、レーザ光源Ａとレーザ光源Ｂからそれぞれ発振されて、光学系６ａ及び６ｂを通じて得た２つのレーザ光は、バンドパスフィルター１０のように、特定の波長の光は透過するが、そうでない別の波長の光は反射するフィルターを使用して、１つのレーザ光とする。
このとき、２つの赤外線レーザ光は、その波長が同一ではなく、バンドパスフィルター１０によって１つのレーザ光とすることができる程度に異なる波長でなければならない。例えば、一方のレーザ光の波長と他方のレーザ光の波長とが３０ｎｍ以上異なる等である。なお、上記バンドパスフィルター１０の他に同様の作用を示す材料として、ダイクロイックミラー、ショートパスフィルター等を使用することができる。
なお、図３においては、光学系Ａを円形のレーザ光、光学系Ｂをドーナツ状のレーザとしたが、その逆にしてもよい。
Therefore, for example, using the apparatus described in FIG. 3, the laser light source A and the optical fiber 9 are connected to obtain infrared laser light that is irradiated only on the central portion of the wafer W or on the central portion and the outer peripheral edge portion. In addition, an optical system 6 b connected to the laser light source B and the optical fiber 9 for irradiating the outer peripheral edge of the wafer W with infrared laser light can be provided.
The laser beam A and the laser beam B can be applied to the wafer W.
For this reason, in FIG. 3, the two laser beams oscillated from the laser light source A and the laser light source B and obtained through the optical systems 6a and 6b are transmitted through the light having a specific wavelength like the bandpass filter 10. However, light of another wavelength that is not so is reflected into one laser beam by using a filter that reflects the light.
At this time, the wavelengths of the two infrared laser beams are not the same, and must be different from each other so that the band-pass filter 10 can make one laser beam. For example, the wavelength of one laser beam and the wavelength of the other laser beam are different by 30 nm or more. In addition to the bandpass filter 10, a dichroic mirror, a shortpass filter, or the like can be used as a material that exhibits the same action.
In FIG. 3, the optical system A is a circular laser beam and the optical system B is a donut-shaped laser, but the reverse is also possible.
赤外線レーザ光Ａとしては、ウエハＷの裏面全面に均一に照射するための赤外線ビーム又はウエハＷの中央部のみに照射するための赤外線ビーム、又はウエハＷの中央部を照射するための光の強度が、ウエハＷの外周縁部を照射するための赤外線ビーム又は光の強度よりも強いものでも良い。 As the infrared laser beam A, an infrared beam for uniformly irradiating the entire back surface of the wafer W, an infrared beam for irradiating only the central portion of the wafer W, or the intensity of light for irradiating the central portion of the wafer W is used. However, the intensity of the infrared beam or light for irradiating the outer peripheral edge of the wafer W may be sufficient.
上記赤外線レーザ光Ａに組み合わせる赤外線レーザ光Ｂは、赤外線レーザ光Ａと一体となって、ウエハＷの中央部よりも外周縁部に照射される赤外線レーザ光の強度がある程度強くなるように調整されたものである。
このようにしてウエハ裏面に照射する赤外線レーザ光を調整する目的は、特に前記のように、特定のガスによる雰囲気下における加熱時のウエハＷにおいて、外周縁部の温度が中央部よりも低下することを解消するためである。そしてこのような目的を達成できる範囲において、上記赤外線レーザ光が調整されるものである。
The infrared laser beam B combined with the infrared laser beam A is integrated with the infrared laser beam A and adjusted so that the intensity of the infrared laser beam irradiated to the outer peripheral edge portion is higher than the central portion of the wafer W to some extent. It is a thing.
The purpose of adjusting the infrared laser beam applied to the back surface of the wafer in this manner is that, as described above, in the wafer W during heating in an atmosphere with a specific gas, the temperature at the outer peripheral edge is lower than that at the center. This is to eliminate the problem. The infrared laser beam is adjusted within a range in which such an object can be achieved.
上記の赤外線レーザ光Ｂを得る手段としては、例えば、赤外線レーザ光源により発振された赤外線レーザ光に対して、図４の（ａ）に示すように、左側から赤外線レーザ光を入射し、凸レンズと凹レンズによりレーザ光を断面がドーナツ状のコリメートされた赤外線レーザ光のビームを有するものに変換する手段を採用できる。そのときに使用される凸レンズは図４の（ｂ）に示される形状のレンズであり、凹レンズは図４の（ｂ）のレンズを凹レンズにした形状のものである。
もちろん、コリメートせずに、凸レンズのみ、又は凸レンズに曲率が小さい凹レンズを組み合わせた赤外線レーザ光のビームとすることもできる。
さらに回折光学素子（ＤＯＥ）を採用して赤外線レーザ光を整形することもできる。
As means for obtaining the infrared laser beam B, for example, as shown in FIG. 4A, an infrared laser beam is incident on the left side as shown in FIG. A means for converting the laser beam into a collimated infrared laser beam having a donut-shaped cross section can be adopted by the concave lens. The convex lens used at that time is a lens having the shape shown in FIG. 4B, and the concave lens is a lens in which the lens in FIG. 4B is a concave lens.
Of course, it is also possible to use a beam of infrared laser light without combining the convex lens, or a combination of a convex lens and a concave lens having a small curvature.
Further, a diffractive optical element (DOE) can be employed to shape the infrared laser beam.
図５に示すように、赤外線レーザ光Ａは例えばそのビーム全域にわたりその強度が均一であり、赤外線レーザ光ＢはウエハＷの外周縁部に相当する範囲に対応したドーナツ状のビームの形状を有する。
この赤外線レーザ光Ａと赤外線レーザ光Ｂを、バンドパスフィルター１０等により合成して、得られた１本のビームである赤外線レーザ光をウエハＷに照射する。
図５に示す合成してなる赤外線レーザ光は、その中央部よりも外周縁部での強度が強い光であり、そのまま特に雰囲気ガス中のウエハＷの裏面に照射すると、ウエハＷの外周縁部にはより強度が強いレーザ光が照射されるものの、ウエハＷの周囲のガスにウエハＷの外周縁部から熱伝導される熱を相殺して、結果的に均一に加熱されることになる。
As shown in FIG. 5, the intensity of the infrared laser beam A is uniform over the entire beam, for example, and the infrared laser beam B has a donut-shaped beam shape corresponding to a range corresponding to the outer peripheral edge of the wafer W. .
The infrared laser light A and the infrared laser light B are synthesized by the band pass filter 10 or the like, and the wafer W is irradiated with the obtained infrared laser light which is one beam.
The synthesized infrared laser light shown in FIG. 5 is light whose intensity at the outer peripheral edge is stronger than that at the center, and when irradiated to the back surface of the wafer W in the atmospheric gas as it is, the outer peripheral edge of the wafer W Although the laser beam with higher intensity is irradiated to the gas, the heat conducted from the outer peripheral edge portion of the wafer W is offset to the gas around the wafer W, resulting in uniform heating.
このような構成を採用してなり、特定の雰囲気下にて、複数の赤外線レーザ光を合成してウエハＷを処理するための加熱処理装置を図６に示す。
図６に示す加熱処理装置は、基本的な構造は図１に示す加熱処理装置と変わらないが、図示しないウエハ搬送装置により、チャンバー２の外からゲートＧを通ってチャンバー２内にウエハを搬入し、支持体４にウエハＷを載置した状態である。
この状態にて、図示しないガス供給管からチャンバー２内にガスを供給し、又は供給した後、レーザ光源Ａ及びＢから、互いに波長が異なる赤外線レーザ光を発生させ、光ファイバー９と光学系６ａ及び６ｂを通じて、それぞれの赤外線レーザ光のビームの形状を調整する。
例えば、光学系６ａによって、ビーム全体にわたり同じ強度を有するようにコリメートされた赤外線レーザ光Ａを得て、光学系６ｂによって、断面がドーナツ状の形状を有する赤外線レーザ光Ｂを得る。
該赤外線レーザ光Ａをミラー１１にて全反射させて、バンドパスフィルター１０を透過させる。また該赤外線レーザ光Ｂをバンドパスフィルター１０で反射させることによって、これらの赤外線レーザ光Ａ及びＢを合成して一つのビームからなる赤外線レーザ光とし、これをチャンバー２に設けた透過窓７を通過させてウエハＷの裏面に照射する。
FIG. 6 shows a heat treatment apparatus that employs such a configuration and synthesizes a plurality of infrared laser beams to process the wafer W under a specific atmosphere.
The basic structure of the heat treatment apparatus shown in FIG. 6 is the same as that of the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, but a wafer is carried into the chamber 2 from outside the chamber 2 through the gate G by a wafer transfer device (not shown). In this state, the wafer W is placed on the support 4.
In this state, gas is supplied into the chamber 2 from a gas supply pipe (not shown), or after that, infrared laser beams having different wavelengths are generated from the laser light sources A and B, and the optical fiber 9 and the optical system 6a and Through 6b, the shape of each infrared laser beam is adjusted.
For example, the infrared laser light A collimated so as to have the same intensity over the entire beam is obtained by the optical system 6a, and the infrared laser light B having a donut-shaped cross section is obtained by the optical system 6b.
The infrared laser light A is totally reflected by the mirror 11 and transmitted through the band-pass filter 10. The infrared laser light B is reflected by the band pass filter 10 to synthesize the infrared laser lights A and B into an infrared laser beam consisting of one beam, and this is used as a transmission window 7 provided in the chamber 2. Irradiate the back surface of the wafer W by passing it through.
このようにして加熱処理を行いつつ、ウエハの加熱温度を制御することは極めて重要である。そのため、チャンバー２の外からウエハＷの温度を測定できるように放射温度計８を設置する。
放射温度計８は１つでもよく、このときには例えばウエハの裏面中央部の温度を測定することができる。
また、ウエハの裏面の加熱ムラを解消する必要があるときには、一つの放射温度計８の向きを逐次変えて、ウエハＷ裏面の複数箇所における温度分布の測定結果を得ることができる。また、図６に示すように、放射温度計８を複数個設置して、ウエハ裏面の中央部や外周縁部等の複数箇所の温度を同時に測定する。また、ウエハ表面の温度をより正確に測定するために、１つ以上の放射温度計をウエハ表面に向けて設置することもできる。
必要に応じ、１つ以上の放射温度計８による測定値と目標とする温度を基にして、ウエハ裏面の温度が均一、かつ目標とする温度になるように、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行うことで、赤外線レーザ光Ａ及びＢの強度を細かく調整することができる。
It is extremely important to control the heating temperature of the wafer while performing the heat treatment in this way. Therefore, a radiation thermometer 8 is installed so that the temperature of the wafer W can be measured from outside the chamber 2.
The number of radiation thermometers 8 may be one, and at this time, for example, the temperature at the center of the back surface of the wafer can be measured.
In addition, when it is necessary to eliminate heating unevenness on the back surface of the wafer, the direction of one radiation thermometer 8 can be sequentially changed to obtain temperature distribution measurement results at a plurality of locations on the back surface of the wafer W. Also, as shown in FIG. 6, a plurality of radiation thermometers 8 are installed, and the temperature at a plurality of locations such as the central portion and the outer peripheral portion of the back surface of the wafer is measured simultaneously. Also, one or more radiation thermometers can be placed toward the wafer surface to more accurately measure the wafer surface temperature.
If necessary, feedback control such as PID control is performed so that the temperature on the back surface of the wafer is uniform and reaches the target temperature based on the measurement value of one or more radiation thermometers 8 and the target temperature. Thus, the intensity of the infrared laser beams A and B can be finely adjusted.
１・・・加熱処理装置
２・・・チャンバー
３・・・支柱
４・・・支持体
５・・・凹部
６・・・光学系
６ａ・・光学系
６ｂ・・光学系
７・・・透過窓
８・・・放射温度計
９・・・光ファイバー
１０・・・バンドパスフィルター
１１・・・ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat processing apparatus 2 ... Chamber 3 ... Support | pillar 4 ... Support body 5 ... Recessed part 6 ... Optical system 6a ... Optical system 6b ... Optical system 7 ... Transmission window 8 ... Radiation thermometer 9 ... Optical fiber 10 ... Band pass filter 11 ... Mirror
Claims (5)
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the support has a plurality of rod shapes.
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