JP2016159346A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内の汚染を抑制することが可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】チャンバ内に、上面に加工対象物を保持するテーブルが配置されている。チャンバの、テーブルに対向する位置にレーザ導入窓が設けられている。レーザ光学系が、レーザ導入窓を通してチャンバ内にレーザビームを導入する。隔壁が、テーブルとレーザ導入窓とに挟まれた領域を、チャンバ内の他の領域から隔離して隔離空間を画定する。下降気流発生機構が、隔離空間内に、レーザ導入窓からテーブルに向かう下降気流を発生する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

下記の特許文献１に、窓の汚れを抑制することができるレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置においては、窓を通してチャンバ内にレーザビームが導入され、基板にレーザビームが入射する。ガス導出管からチャンバ内に導入されたガスが、窓と対向する基板に吹き付けられる。基板に吹き付けられたガスが、ガス吸引管を通して吸引される。

特開２００６−２５３２８５号公報

窓に対向する基板にガスが吹き付けられているため、レーザアニール中に基板から飛散したパーティクルが窓に付着することを抑制することができる。基板から飛散したパーティクルの一部は、ガス吸引管を通してチャンバ外に排出される。ところが、ガス吸引管を通して排出されなかったパーティクルは、チャンバ内に飛散し、チャンバの内壁に付着する。

本発明の目的は、チャンバ内の汚染を抑制することが可能なレーザ加工装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、上面に加工対象物を保持するテーブルと、
前記チャンバの、前記テーブルに対向する位置に設けられたレーザ導入窓と、
前記レーザ導入窓を通して前記チャンバ内にレーザビームを導入するレーザ光学系と、
前記テーブルと前記レーザ導入窓とに挟まれた領域を、前記チャンバ内の他の領域から隔離して隔離空間を画定する隔壁と、
前記隔離空間内に、前記レーザ導入窓から前記テーブルに向かう下降気流を発生する下降気流発生機構と
を有するレーザ加工装置が提供される。

テーブルとレーザ導入窓とに挟まれた領域が隔壁で隔離されているため、加工対象物から飛散したパーティクルが隔離空間の外まで飛散することを抑制することができる。これにより、チャンバ内の汚染が抑制される。

図１は、実施例によるレーザ加工装置の概略断面図である。 図２Ａは、ガス供給路及びガス噴出口の平面図であり、図２Ｂは、テーブルの平面図である。 図３Ａは、他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図であり、図３Ｂは、レーザ加工時における隔壁とテーブルとの位置関係を示す部分断面図である。 図４Ａは、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図であり、図４Ｂは、レーザ加工時における隔壁とテーブルとの位置関係を示す部分断面図である。 図５は、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図である。 図６は、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図である。

図１に、実施例によるレーザ加工装置の概略断面図を示す。チャンバ１０内にテーブル１１が配置されている。テーブル１１の上面に加工対象物３０が保持される。加工対象物３０は、例えば真空チャックによってテーブル１１に固定される。昇降機構１２がテーブル１１を昇降させる。

チャンバ１０の、テーブル１１に対向する位置（テーブル１１の上方）に、レーザ導入窓１５が設けられている。レーザ光学系４０がレーザビームを出力する。レーザ光学系４０の光源には、一例としてＮｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等のガスレーザが用いられる。レーザ光学系４０は、レーザビームの経路上に配置された可変減衰器、ビームエキスパンダ、ビーム断面整形器（マスク）、ビーム走査器（例えば、ガルバノスキャナ）、集光レンズ等を含む。

レーザ光学系４０から出力されたレーザビームが、レーザ導入窓１５を通してチャンバ１０内に導入される。チャンバ１０に導入されたレーザビームが、テーブル１１に保持されている加工対象物３０に入射する。これにより、レーザ加工が行われる。レーザ加工には、半導体ウエハの表面に高融点金属シリサイド膜を形成するためのアニール、イオン注入されたドーパントを活性化するための活性化アニール、アモルファスシリコンを結晶化するための結晶化アニール等が含まれる。

隔壁２０が、レーザ導入窓１５とテーブル１１とに挟まれた空間を、チャンバ１０内の他の空間１８から隔離することにより、隔離空間１７を画定する。隔壁２０は、例えば円筒状のアルミニウム部材で構成される。隔壁２０の上端は、チャンバ１０の天井の内面に接触している。レーザ導入窓１５を通してチャンバ１０に導入されたレーザビームは、隔離空間１７を通過して加工対象物３０に到達する。

下降気流発生機構が、隔離空間１７内に下降気流を発生させる。下降気流発生機構は、ガス導入機構とガス吸引機構とを含む。ガス導入機構が、隔離空間１７内にガスを導入する。ガス導入機構は、開閉弁２１、ガス供給路２２、及びガス噴出口２３を含む。開閉弁２１及びガス供給路２２を通して、ガス噴出口２３までガスが輸送される。ガス噴出口２３は、隔壁２０の上端近傍に配置されており、隔壁２０の内側に開口を有する。ガス噴出口２３まで輸送されたガスが、ガス噴出口２３から隔離空間１７内に噴出する。

ガス吸引機構は、ガス導入機構によって隔離空間１７内にガスが導入される位置よりも低い位置において、隔離空間１７内のガスを吸引する。ガス吸引機構は、ガス吸引口２４、ガス吸引路２５、及び排気ポンプ２６を含む。ガス吸引口２４は、テーブル１１の上面に開口している。ガス吸引路２５の一部がテーブル１１内に設けられている。ガス吸引路２５は、チャンバ１０の外に配置された排気ポンプ２６に接続されている。排気ポンプ２６が、ガス吸引口２４及びガス吸引路２５を介して、隔離空間１７内のガスを吸引する。隔離空間１７の相対的に上方に配置されたガス噴出口２３からガスが噴出し、相対的に下方に配置されたガス吸引口２４からガスが吸引されることにより、隔離空間１７内に下降気流が発生する。

制御装置４５が、レーザ光学系４０、開閉弁２１、排気ポンプ２６、及び昇降機構１２を制御する。制御装置４５は、加工対象物３０の厚さに応じて、加工対象物３０の上面が目標とする高さに配置されるように昇降機構１２を制御する。加工対象物３０の上面を目標とする高さに配置することにより、加工対象物３０の上面におけるレーザビームのプロファイルを好適な形状に保つことができる。加工対象物３０の上面が目標とする高さに配置された状態で、テーブル１１の上面と隔壁２０の下端との間に微小な間隙が生じる。

チャンバ１０は、ガス導入口１３及びガス排気口１４を有する。ガス導入口１３からチャンバ１０内にガスが導入され、ガス排気口１４からガスが排気される。ガス導入口１３から導入されるガス、及びガス供給路２２を通って供給されるガスは、同一のものである。このガスとして、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。

図２Ａに、ガス供給路２２及びガス噴出口２３の平面図を示す。ガス供給路２２は、隔壁２０を取り囲む環状部分２２ａを含む。複数のガス噴出口２３が、環状部分２２ａから内側に向かって延び、隔壁２０を貫通して、隔離空間１７に開口している。複数のガス噴出口２３は、隔離空間１７の中心軸に関して回転対称となる位置に配置される。ガス噴出口２３から隔離空間１７の中心軸に向けて、ガスが噴出する。

図２Ｂに、テーブル１１の平面図を示す。テーブル１１の上面に加工対象物３０が保持されている。テーブル１１の上面は加工対象物３０よりも広い。ガス吸引口２４は、テーブル１１の上面のうち、加工対象物３０の外周より外側の領域に開口している。ガス吸引口２４は、加工対象物３０を取り囲む円環状の平面形状を有する。ガス吸引口２４は、平面視において隔壁２０（図２Ａ）よりも内側に配置されている。テーブル１１の内部に、ガス吸引口２４に沿うようにガス吸引路２５の一部が設けられている。

上記実施例では、図１に示したように、隔離空間１７内に下降気流が発生しているため、加工対象物３０から飛散したパーティクルがレーザ導入窓１５まで到達しにくい。このため、パーティクルが付着することによるレーザ導入窓１５の汚れを抑制することができる。

飛散したパーティクルの大部分は、ガス吸引口２４からガスとともに吸引される。さらに、隔離空間１７が隔壁２０によってチャンバ１０内の他の空間１８から隔離されている。このため、隔離空間１７の外側の空間１８までのパーティクルの飛散が防止される。これにより、チャンバ１０の内面の汚れが抑制される。

パーティクルが空間１８まで飛散することを防止するために、テーブル１１の上面と、隔壁２０の下端との間隙をなるべく狭くすることが好ましい。一例として、レーザ加工時における間隙を、加工対象物３０の厚さより狭くすることが好ましい。この場合、隔壁２０の下端が加工対象物３０の上面より低くなる。

図３Ａに、他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図を示す。以下、図１〜図２Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図１に示した実施例では、隔壁２０がチャンバ１０の上面に固定されていた。図３Ａに示した実施例では、隔壁２０が昇降機構２７を介してチャンバ１０に支持されている。昇降機構２７は、制御装置４５（図１）からの指令により、隔壁２０を昇降させる。隔壁２０の昇降を許容するために、ガス供給路２２の一部がフレキシブル配管で形成されている。隔壁２０が下降すると、隔壁２０の上端とチャンバ１０の上面との間に隙間が発生する。

図３Ｂに、レーザ加工時における隔壁２０とテーブル１１との位置関係を示す。レーザ加工を行なう前に、制御装置４５がテーブル１１用の昇降機構１２を制御し、加工対象物３０の上面を目標とする高さに配置する。その後、制御装置４５が隔壁２０用の昇降機構２７を制御して、隔壁２０を下降させる。隔壁２０の下端がテーブル１１の上面に接触した時点で、下降を停止する。

図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例では、レーザ加工時に隔壁２０の下端とテーブル１１の上面との間に隙間が生じない。このため、加工対象物３０から飛散したパーティクルが隔離空間１７の外側まで飛散してしまうことを防止する効果を高めることができる。隔壁２０とチャンバ１０の上面との間に隙間が生じているが、隔離空間１７内に下降気流が発生しているため、上端の隙間からパーティクルが隔離空間１７の外側に飛散することは殆どない。

図４Ａに、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図を示す。以下、図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図４Ａに示した実施例では、隔壁２０の上端と、チャンバ１０の上面との間に、フレキシブル部材２８が配置されている。フレキシブル部材２８は、隔壁２０の昇降を許容し、かつ隔壁２０の上端とチャンバ１０の上面との間の隙間を塞いでいる。フレキシブル部材２８として、例えばベローズを用いることができる。

図４Ｂに、レーザ加工時における隔壁２０とテーブル１１との相対位置関係を示す。レーザ加工時には、図３Ｂに示した実施例と同様に、隔壁２０の下端がテーブル１１の上面に接触する。隔壁２０が下降するときに、隙間の拡大に応じてフレキシブル部材２８が変形する。このため、隔壁２０の上端とチャンバ１０の上面との間の隙間が、フレキシブル部材２８で塞がれた状態が維持される。隙間が塞がれるため、隔離空間１７から外部にパーティクルが飛散することを防止することができる。

図５に、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図を示す。以下、図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例では、平面視において、加工対象物３０が隔壁２０の内周面で囲まれた領域よりも小さい。図５に示した実施例では、平面視において、加工対象物３０が隔壁２０の内周面で囲まれた領域より大きい。テーブル１１の上面のうち、隔壁２０の内周面で囲まれた領域が加工対象物３０で覆われてしまう。隔壁２０の内周面で囲まれた領域にテーブル１１の上面が露出しないため、テーブル１１の上面に配置したガス吸引口からガスを吸引することができない。

図５に示した実施例では、隔壁２０にガス吸引口２４が固定されている。ガス吸引口２４は、ガス噴出口２３よりも下に配置されている。ガス吸引口２４が、ガス吸引路２５を介して排気ポンプ２６に接続されている。ガス吸引路２５の一部はフレキシブル配管で形成されている。隔離空間１７内のガスが、ガス吸引口２４から吸引されることにより、隔離空間１７内に下降気流が発生する。レーザ加工時には、加工対象物３０の上面と隔壁２０の下端との間に微小な隙間が確保される。

ガス吸引口２４が隔壁２０に固定されているため、隔壁２０の内周面で囲まれた領域より大きな加工対象物３０の加工を行うことが可能である。

図６に、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図を示す。以下、図５に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図６に示した実施例では、隔壁２０の下端に弾性部材２９が取り付けられている。弾性部材２９として、例えばスポンジ、ゴム等が用いられる。隔壁２０を下降させると、弾性部材２９が加工対象物３０に接触する。さらに下降させると、加工対象物３０の上面と隔壁２０の下端との間隔の大きさに応じて弾性部材２９が弾性変形する。このため、レーザ加工時に、弾性部材２９によって、加工対象物３０の上面と隔壁２０の下端との間の隙間が塞がれる。

加工対象物３０の上面と隔壁２０の下端との間の隙間が塞がれるため、加工対象物３０から飛散したパーティクルが隔離空間１７の外側まで飛散することを防止することができる。弾性部材２９として、十分柔らかい材料を用いることにより、弾性部材２９が加工対象物３０に接触することによる加工対象物３０の損傷を防止することができる。

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。

１０ チャンバ
１１ テーブル
１２ 昇降機構
１３ ガス導入口
１４ ガス排気口
１５ レーザ導入窓
１７ 隔離空間
１８ チャンバ内の他の空間
２０ 隔壁
２１ 開閉弁
２２ ガス供給路
２２ａ ガス供給路の環状部分
２３ ガス噴出口
２４ ガス吸引口
２５ ガス吸引路
２６ 排気ポンプ
２７ 昇降機構
２８ フレキシブル部材
２９ 弾性部材
３０ 加工対象物
４０ レーザ光学系
４５ 制御装置

Claims (5)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、上面に加工対象物を保持するテーブルと、
   前記チャンバの、前記テーブルに対向する位置に設けられたレーザ導入窓と、
   前記レーザ導入窓を通して前記チャンバ内にレーザビームを導入するレーザ光学系と、
   前記テーブルと前記レーザ導入窓とに挟まれた領域を、前記チャンバ内の他の領域から隔離して隔離空間を画定する隔壁と、
   前記隔離空間内に、前記レーザ導入窓から前記テーブルに向かう下降気流を発生する下降気流発生機構と
   を有するレーザ加工装置。
2. さらに、前記隔壁を昇降させる昇降機構を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記下降気流発生機構は、
   前記隔離空間にガスを導入するガス導入機構と、
   前記ガス導入機構により前記隔離空間にガスが導入される位置よりも低い位置において、前記隔離空間内のガスを吸引するガス吸引機構と
   を含む請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記ガス吸引機構は、前記テーブルの上面に開口するガス吸引口を含む請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記ガス吸引機構は、前記隔壁に取り付けられ、前記隔離空間内のガスを吸引するガス吸引口を含む請求項３に記載のレーザ加工装置。

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