JP2530468B2

JP2530468B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2530468B2
Application number: JP62305279A
Authority: JP
Inventors: 正西村; 浩洋熊谷; 詩麻夫米山
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPH01146387A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、レーザ光を用いた半導体製造装置に関す
る。

（従来の技術）従来より、高密度なパワーを短時間に局所的に供給す
ることが可能なエネルギービーム照射技術が、電気炉等
を用いた半導体製造装置の代替法として研究・開発さ
れ、三次元集積回路を目指した素子の研究にまで発展し
ている。このエネルギービーム照射技術にはレーザビー
ムを用いたものや電子ビームを用いたもの等があり、特
にレーザビームは半導体ウエハへのダメージと熱歪が少
ないことにより、様々な半導体の処理に使用されてい
る。

このレーザビームを用いた処理として、イオン注入に
よる照射損傷や注入不純物の活性化及び多結晶シリコン
を再結晶化させることにより単結晶シリコンを作るSOI
（Silicon on Insulator）技術等のアニール処理装置が
あり、特開昭61−289617号等に開示される。また、レー
ザビームを用いて半導体基板上に選択的成膜を行うCVD
処理装置があり、特開昭60−53017号等に開示される。

（発明が解決しようとする問題点）上記特開昭60−53017号や特開昭61−289617号等で
は、レーザ光のパワー測定や、被処理面の再結晶化過程
の直後検出等を含む調整操作の為に、99％反射して１％
を透過するハーフミラーでレーザ光を減衰させたり、Ar
レーザ光フィルターを透過させることによりレーザ光を
減衰させたりしている。

しかしながら、透過型のハーフミラーや光フィルター
を用いて光を減衰させると、ハーフミラーや光フィルタ
ーの基板の表・裏面の平行度のズレにより、レーザ光を
減衰させた時とさせない時とで光路ズレが発生したり、
出力波長による回折角の変化が起こる。また、平行度を
向上させると、干渉効果が生じ、透過光の強度が激しく
変化する。

そして、ハーフミラーや光フィルターがレーザ光の熱
で変形して、レーザ光の干渉や光路曲りやレーザ光の波
面の乱れによる拡散等が発生し、調整等が確実に行えな
いという問題がある。また、複数の透過型の光を減衰す
る機構で多段の光減衰を行う場合、各々の光を減衰する
機構を高精度で平行になる如く製作・調整しなければな
らないという問題もあった。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、レーザ
光の干渉や光路曲り等を防止して、レーザ光による半導
体等の処理条件の設定・調整を確実で容易に行うことの
できる半導体製造装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明の半導体製造装置は、レーザ光を被処理基板の
被処理面に照射して被処理基板の処理を行う半導体製造
装置において、上記レーザ光の光路に反射率の違う鏡を
複数配置して構成された反射型の光減衰器を設け、上記
鏡をスライドさせて上記光減衰器の反射率を変更すると
共にその反射レーザ光を上記被処理面に照射することを
特徴とするものである。

（作用）本発明によれば、レーザ光を被処理基板の被処理面に
照射して処理を行う際に、反射型の光減衰器の反射率の
違う鏡を適宜スライドさせることにより光減衰器の反射
率を変更することができる。

（実施例）以下、本発明装置を半導体製造工程で、２本のレーザ
光を合成してアニールを行うレーザアニール装置に適用
した実施例につき図面を参照して説明する。

図示しない開閉機構により開閉可能で気密なAl製チャ
ンバ（１）が設けられ、このチャンバ（１）内には、被
処理基板例えば半導体ウエハ（２）の縁を押えることに
より、半導体ウエハ（２）を被処理面が下向きとなる様
に保持する設置台（３）と、半導体ウエハ（２）を約50
0℃程度に予備加熱する反射板（４）を備えた複数のIR
ランプ（infrared ray lamp）（５）が設けられてい
る。

また、チャンバ（１）の半導体ウエハ（２）下方に
は、レーザ光を透過する材質例えば石英ガラスの窓
（６）が設けられている。

そして、大出力のレーザ光を出力する如く２個のレー
ザ発振器（7a,7b）例えば18WArイオンレーザが設けられ
ている。この出力されたレーザ光の各々の光路上に、鏡
でレーザ光を遮断可能な遮断部（8a,8b）例えば鏡回転
式シャッタとしてガルバノ・スキャナが設けられ、この
遮断部の鏡で反射されたレーザ光を吸収し、水冷又は強
制空冷又は自然空冷で冷却する冷却部（9a,9b）例えば
黒色アルマイト処理したAl製ヒートシンクが設けられて
いる。そして、遮断部で遮断されずに通過してきたレー
ザ光は、処理時のビーム径をアニール処理に適するビー
ム径例えば最小に絞り込むことが可能な様に、ビームエ
キスパンダ（10a,10b）で一旦ビーム径を３倍程度に拡
大する如く、ビームエキスパンダ（10a,10b）が光路上
に設置されている。

それから、２本のレーザ光を所望の位置関係に合成す
る様に、全反射タイプの鏡（11a）と偏光プリズム（1
2）例えば材質がBK7A等のプリズムが設けられている。

また、この合成されたレーザ光のビームプロファイル
等を調整する為に、例えば100％反射と１％反射の切換
え可能な反射式光減衰器（13a,13b）が２ケ所設定され
ている。そして、チャンバ（１）下方までレーザ光を送
光可能な如く全反射タイプの鏡（11b〜11f）が設置され
ている。

このチャンバ（１）下方まで送光されたレーザ光を窓
（６）を通して半導体ウエハ（２）上に走査可能な如
く、走査部（14）が設けられている。走査部（14）で
は、Ｘ方向走査機構（15）例えば鏡回動式走査機構であ
るガルバノ・スキャナが、Ｙ方向走査機構（16）例えば
高精度で微少送り可能なボールねじを用いた１軸精密ス
テージ上に設けられている。そして、Ｘ方向走査機構
（15）で走査されたレーザ光が定速で走査される様にｆ
θレンズ（17）もＹ方向走査機構（16）上に設けられて
いる。

そして、上記構成のレーザアニール装置は図示しない
制御部で動作制御及び設定制御される。

次に、上述したレーザアニール装置による半導体ウエ
ハ（２）のアニール方法を説明する。

図示しない開閉機構によりチャンバ（１）が開かれ、
図示しないハンドアームで半導体ウエハ（２）をチャン
バ（１）内に搬入する。ここで、半導体ウエハ（２）
は、例えばウエハ（２）の縁を３点以上フォトダイオー
ド等で検知し演算することにより、予め中心位置合わせ
とオリフラ合わせが行なわれている。そして、ウエハ
（２）を被処理面を下向きにしてチャンバ（１）内に搬
入し、チャンバ（１）内の設置台（３）にウエハ（２）
の縁5mm程度を挟持して、設置台（３）に下向きに保持
する。この時、半導体ウエハ（２）の予備加熱を行う
と、熱膨張によるウエハ（２）の破損等を防止できる。
それから、図示しない開閉機構によりチャンバ（１）を
閉じる。

そして、反射板（４）とIRランプ（５）で半導体ウエ
ハ（２）が500℃程度となる様に加熱してからレーザ光
によるアニール処理を行う。このIRランプ（５）による
均一な加熱により、レーザ光の局所的な発熱で発生する
熱歪等を防止することができる。また、アニール処理時
に、チャンバ（１）内に例えばN₂のガスパージを行うと
温度均一性がより向上する。

この時既に、２個のレーザ発振器（7a,7b）は高出力
状態で安定化していて、レーザ光は第２図に示す如く遮
断部（８）の反射鏡（20）で反射され、冷却部（９）例
えばヒートシンクに吸収され、レーザ光の熱は自然冷却
により冷却されている。そして、レーザ光のアニール処
理時には、反射鏡（20）がレーザ光と平行となる如く回
動し、レーザ光を孔（21）より照射する。この回動機構
は鏡回転式シャッタであるガルバノ・スキャナであり、
約20°程度の角度を回転させるのに10msec程度という高
速シャッタなので、半導体ウエハ（２）上でのアニール
処理に悪影響を与えることはない。また、第３図に示す
如く、非常用の遮断ミラー（22）を設けて、電源が切れ
た時に上昇してレーザ光を遮断する様にしておくと、停
電時でもレーザ光による事故を防止することができる。
そして、この遮断部（８）と冷却部（９）を設けたこと
により、レーザ発振器（7a,7b）の出力を高出力のま
ま、０％と100％のレーザ出力の変換を高速で確実に行
うことができ、熱による周辺の悪影響を防止することが
でき、高出力レーザの点灯・消灯を安価に実現すること
ができる。

それから、遮断部（8a,8b）からアニール処理の為に
通過したレーザ光を、ビームエキスパンダ（10a,10b）
によりビーム径を一旦約３倍程度に拡大する。これは、
半導体ウエハ（２）上でよりビームを絞り込みアニール
処理に適当なビーム径を得る為に行なわれ、このことに
より、ウエハ（２）をより高温例えば1000℃以上でアニ
ール処理することが可能となる。

次に、２本のレーザ光を鏡（11a）と偏光プリズム（1
2）で合成し、所望のビームプロファイルを作成して、
レーザ光を鏡（11b〜11f）を用いて走査部（14）に送
る。この時、このビームプロファイル等の調整を行う場
合、光減衰器（13a,13b）を用いてレーザ光出力を減衰
する。光減衰器（13a,13b）の機構は第４図に示す如
く、複数の反射率の違う鏡例えばレーザ光を100％反射
する100％反射鏡（30）と、１％反射して99％を透過し
吸収する１％反射鏡（31）を、例えばリニアガイド（3
2）とエアシリンダ（33）を用いたスライド、即ち平行
移動機構による平行移動で切り換えることにより、レー
ザ出力を、100％と１％に減衰する。また、この切り換
えは、回転移動で行ってもよい。そして、本実施例で
は、２個の光減衰器（13a,13b）を用いることにより、1
00％,1％,0.01％のレーザ出力減衰を可能としている。
このことで、各調整に必要な所望の減衰率を実現してい
る。また、１％反射鏡（31）は99％のレーザ光を透過し
吸収するので、冷却用の図示しないヒートシンクを背面
に備えて周辺への熱影響を防止している。そして、この
100％反射鏡（30）と１％反射鏡（31）を用いた反射式
の光減衰器（13a,13b）を用いたことにより、透過型の
光減衰機構等で生じるレーザ光の干渉や光路曲りやレー
ザ光の拡散や波面の乱れ等が防止できる。また、本実施
例の如く２段以上の光減衰を行う場合、透過式の光減衰
では精密で平行でレーザ光が透過可能な平行平面板を作
らねばならず、この平行な平行平面板の製作・調整が困
難であったり、例えば光路補正板による光路補正を必要
としたが、反射式としたことで上記問題点も解決され、
高精度な光減衰機構が容易に実現可能となった。

それから、ビームプロファイルや光軸等の調整済みレ
ーザ光を、鏡（11b〜11f）を用いて走査部（14）に送光
する。ここでレーザ光はＸ方向走査機構（15）例えばガ
ルバノ・スキャナとｆθレンズ（17）で、所望の一定速
度となり、窓（６）を通して半導体ウエハ（２）上をＸ
方向に走査し、同様に、Ｙ方向走査機構（16）例えば１
軸精密ステージにより、連続走査やステップ走査の所望
の走査で、半導体ウエハ（２）上をＹ方向に走査する。
そして、ｆθレンズ（17）で絞り込まれたレーザ光は半
導体ウエハ（２）上で、60μｍ〜300μｍ程度のビーム
径となり、半導体ウエハ（２）の被処理面の温度は例え
ば1000℃以上になる。この熱により、ウエハ（２）のア
ニール処理が行なわれ、Ｘ方向走査機構（15）とＹ方向
走査機構（16）でウエハ（２）の所望の部分又は全面を
走査することにより、アニール処理が終了する。

次に、遮断部（8a,8b）でレーザ光を遮断した後、図
示しない開閉機構によりチャンバ（１）が開かれ、図示
しないハンドアームで半導体ウエハ（２）をチャンバ
（１）外に搬出し、処理が完了する。

上記実施例の遮断部（8a,8b）は、鏡回転式シャッタ
としてガルバノ・スキャナを用いて説明したが、光路を
鏡で遮断できればよく、ロータリーシリンダやロータリ
ーソレノイドに鏡を取付けたものでもよく、また、鏡を
高速直線運動させて光路を遮断してもよく、A.O.モジュ
レータやE.O.モジュレータ等を用いてもよいことは言う
までもない。

また、上記実施例の冷却部（9a,9b）は、空冷式の黒
色アルマイト処理したAl製ヒートシンクを用いて説明し
たが、遮断部（8a,8b）より反射されたレーザ光を吸収
し冷却できれば何でもよく、冷却水を用いた水冷方式で
も、ファンを用いた強制空冷でもよく、上記実施例に限
定されるものではない。

そして、上記実施例では、ビームエキスパンダ（10a,
10b）で一旦ビーム径を拡大してｆθレンズ（17）で絞
り込んだが、半導体ウエハ（２）上で所望のビーム径と
ビーム出力が得られれば良く、レーザ発振器（7a,7b）
から出たレーザ光をそのまま使用して、レンズを用いて
ウエハ（２）上に絞り込んでも良い。

また、上記実施例では、100％反射と１％反射の平行
移動切換え式光減衰器（13a,13b）を２ケ所設定して説
明したが、光減衰器の鏡の設定個数や光減衰器の設定個
数は上記実施例に限定されるものでないことは言うまで
もない。

それから、上記実施例の走査部（14）では、Ｘ方向走
査機構（15）とＹ方向走査機構（16）をガルバノ・スキ
ャナと１軸精密ステージを用いて説明したが、所望の処
理を実現できる走査方法であれば何でも良く、ラスタス
キャン方法でもベクタスキャン方法でも良く、Ｘ−Ｙス
テージを用いても良く、ポリゴンミラーと１軸ステージ
を組合わせて用いても良く、２個のガルバノ・スキャナ
を用いても良く、上記実施例に限定されるものではな
い。

そして、上記実施例では２本のレーザ光を合成してア
ニール処理を行うレーザアニール装置を用いて説明した
が、レーザ光を用いて被処理基板を処理する半導体製造
装置であればよく、処理に使うレーザ光は１本でも複数
本でもよく、また、処理はCVD処理でも良く、マスクリ
ペア処理でも良く、上記実施例に限定されるものではな
いことは言うまでもない。

以上述べたようにこの実施例によれば、半導体ウエハ
（２）を気密なチャンバ（１）内で、IRランプ（５）で
予備加熱し、窓（６）を通してレーザ光を用いてアニー
ルする。そして、レーザ光の光路上に、複数の反射率の
違う反射鏡（30,31）を平行移動で切り換える光減衰器
（13a,13b）を設けたことで、レーザ光の干渉や拡散や
波面の乱れ及び光路曲り等を防止して、レーザ光のビー
ムプロファイル等の調整を正確で容易に行うことができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、レーザ光を被処
理基板の被処理面に照射して被処理基板の処理を行う半
導体製造装置において、上記レーザ光の光路に反射率の
違う鏡を複数配置して構成された反射型の光減衰器を設
け、上記鏡をスライドさせて上記光減衰器の反射率を変
更すると共にその反射レーザ光を上記被処理面に照射す
るようにしたため、透過型の屈折による透過光路の変化
や波長による回折角の変化や透過体の熱変形が生じず、
レーザー光の干渉や光路曲がりやレーザ光の波面の乱れ
や拡散等を防止することができ、レーザ光を被処理基板
の被処理面に照射して処理を行う場合に、レーザ光の強
度の調整及び設定等を正確で容易に行うことができる半
導体製造装置を提供することができる。また、光減衰を
多段で行う場合も、透過体の超精密加工と高精度調整及
び光学的補正等が不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体製造装置をアニール処理に適用
した一実施例の構成図、第２図は第１図の遮断部と冷却
部を説明する横断面図、第３図は第２図の縦断面図、第
４図は第１図の光減衰器を説明する図、第５図は第１図
のアニール処理を簡単に示すフロー図である。１……チャンバ、２……半導体ウエハ５……IRランプ、６……窓 8,8a,8b……遮断部、9,9a,9b……冷却部 13a,13b……光減衰器、14……走査部 17……ｆθレンズ、20……反射鏡 21……孔、30……100％反射鏡 31……１％反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米山詩麻夫東京都新宿区西新宿１丁目26番２号東京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献実開昭63−41116（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を被処理基板の被処理面に照射し
て被処理基板の処理を行う半導体製造装置において、上
記レーザ光の光路に反射率の違う鏡を複数配置して構成
された反射型の光減衰器を設け、上記鏡をスライドさせ
て上記光減衰器の反射率を変更すると共にその反射レー
ザ光を上記被処理面に照射することを特徴とする半導体
製造装置。
【請求項２】上記反射レーザ光を上記被処理基板のアニ
ール処理の熱源として利用することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体製造装置。