JP2548960B2 - レーザ光の焦点検出方法及びレーザ光の焦点検出装置 - Google Patents

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、レーザ光の焦点検出方法及びレーザ光の焦
点検出装置に関する。

（従来の技術） 半導体製造において、被照射体例えば半導体ウエハに
不純物をイオン注入した後、上記半導体ウエハの結晶損
傷の回復および注入された上記不純物の活性化等のため
に、熱処理例えばレーザ光を利用したレーザ熱処理が行
なわれることがある。

そして、上記レーザ熱処理の方法例として、連続発振
するレーザ光をレンズ等の光学手段を用いて小さなビー
ムスポットに絞って半導体ウエハ上に焦点を合せて走査
する方法がある。

従来、上部焦点を合せる手段としては、実際に半導体
ウエハをレーザ光で熱処理をし、その熱処理結果の一番
良好な場合を焦点とする方法、またテレビカメラ等にて
レーザ光の照射スポットを拡大してモニター観察し、こ
のスポットが一番明るく小さくなる場合を焦点とする方
法等が、行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来方法には次に述べるような問題
点がある。

前者では熱処理の結果により焦点を合せなおすという
カットアンドトライによるもので最良の焦点に合うまで
に時間を要し、後者では、照射スポットの最大明るさや
最小径の測定および決定に技術的な難しさがあり、正確
さに劣る懸念がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、被照射体からの反射光の光量に基づいて焦点を短時
間且つ正確に検出することができるレーザ光の焦点検出
方法及びレーザ光の焦点検出装置を提供することを目的
としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明のレーザ光の焦点検出方法は、レーザ光を被照
射体の被照射面に合焦させるに際し、上記被照射面から
の反射光を光路差をもって反射させる媒体を上記被記照
射面からの反射光の光路に対して傾斜させて設け、この
媒体を回動させて上記媒体からの反射光の光量を変動さ
せ、この光量を光検出手段により検出し、焦点が合って
いるか否かによって相違する上記光量の変動形態に基づ
いて焦点を検出することを特徴とするものである。

また、本発明のレーザ光の焦点検出装置は、レーザ発
振器から放射されたレーザ光を被照射体の被照射面に合
焦する手段と、上記被照射面に照射されたレーザ光の反
射光の光路に傾斜させて設けられ、上記反射光を光路差
をもって反射させる媒体と、上記媒体を回動させ、その
傾斜角を所定の角度範囲内で変化させる回動手段と、上
記媒体からの反射光の光量を検出する光検出手段とを備
え、上記媒体を上記回動手段を介して回動させ、上記媒
体からの反射光の光量を変動させ、この光量を上記光検
出手段により検出し、焦点が合っているか否かによって
相違する上記光量の変動形態に基づいて焦点を検出する
ことを特徴とするものである。

（作用） 本発明のレーザ光の焦点検出装置を用いたレーザ光の
焦点検出方法によれば、レーザ発振器から放射されたレ
ーザ光を被照射体の被照射面に合焦させるに際し、被照
射面からレーザ光が反射し、このレーザ光の反射光が媒
体に入射すると、この反射光は媒体によって光路差をも
って反射される。引き続き、この反射光は光検出手段に
よりその光量が検出される。そして、媒体からの反射光
の光量を検出する際に、回動手段により媒体を所定の角
度範囲内で回動させると、光検出手段により検出される
反射光の光量が変動する。この光量の変動形態は焦点が
合っているか否かによって相違し、相違する変動形態に
基づいて焦点を検出することができる。

（実施例） 以下、本発明レーザ光の焦点検出方法の一実施例を図
面に基づいて説明する。

レーザ発振器（図示せず）から放射されたレーザ光
（１）が進行する光路（２）には、このレーザ光（１）
を全反射すると共に走査駆動機構（図示せず）によりレ
ーザ光（１）の進行方向に対して前後方向に移動可能に
構成された鏡、例えばガルバノミラー（３）が設けられ
ている。

次に、上記ガルバノミラー（３）により反射されたレ
ーザ光（１）の進行方向には、レーザ光（１）を収束す
ると共に走査駆動機構（図示せず）によりレーザ光
（１）の進行方向に対して横方向に走査可能に構成され
たレンズ例えばＦ・θレンズ（４）が、さらにこのＦ・
θレンズ（４）の先方にはレーザ光（１）の被照射体例
えば半導体ウエハ（５）を吸着保持するサセプター
（６）が配置されている。

そして、Ｆ・θレンズ（４）により、レーザ光（１）
を半導体ウエハ（５）の被照射面（７）に合焦する如く
焦点調節可能に構成されている。

一方、レーザ発振器（図示せず）とガルバノミラー
（３）の中間には、一面側から入射した光例えばレーザ
光（１）は透過させ、他面側から入射した光例えば反射
光（９）は反射する媒体、例えばエタロン板（８）が光
路（２）中に光路（２）に対して傾斜した状態で配置さ
れており、レーザ発振器（図示せず）から放射されたレ
ーザ光（１）を透過すると共に、半導体ウエハ（５）か
ら反射してくるレーザ（１）の反射光（９）を反射する
と共に、回動機構（図示せず）により光路（２）に対し
て数度程度回動可能に構成されている。

また、上記エタロン板（８）で反射された反射光
（９）の光路には、反射光（９）を検出するセンサー
（10）を備えたセンサー板（11）が配置され、このセン
サー（10）で検出した電気信号をアンプ（12）で増幅し
例えばメータ（13）で指示する如く構成されている。

次に動作を説明する。

レーザ発振器（図示せず）から放射されたレーザ光
（１）は、エタロン板（８）を透過し、ガルバノミラー
（３）で反射され、Ｆ・θレンズ（４）で収束されて半
導体ウエハ（５）の被照射面（７）に照射される。

そして、上記被照射面（７）からの反射光（９）は、 Ｆ・θレンズ（４）を透過し、ガルバノミラー（３）で
反射され、エタロン板（８）に向い、このエタロン板
（８）で反射された反射光（９）はセンサー板（11）に
向う。

次に、センサー板（11）に備えられたセンサー（10）
で反射光（９）を検出し、検出した電気信号をアンプ
（12）で増幅し、メータ（13）で反射光（９）の強度に
対応して指示する。したがって、センサー（10）で検出
される反射光（９）に明暗があれば、メータ（13）の指
示値は大小に変化する。

ここで、半導体ウエハ（５）の被照射面（７）からの
反射光（９）について詳述する。

レーザ発振器（図示せず）から放射されたレーザ光
（１）は、平面波の性状を保ったままＦ・θレンズ
（４）で収束され被照射面（７）で合焦される如く被照
射面（７）を照射する。

そして、焦点が合っていると、反射光（９）は平面波
の性状を保ったまま反射されることが一般に観測されて
いる。

センサー板（11）に入射してくる反射光（９）は、第
２図（ａ）（ｂ）（ｃ）で示すように、エタロン板
（８）の表面で反射された実線で示す反射波（21）と、
エタロン板（８）の裏面で反射され、エタロン板（８）
の厚さによる光路差（22）だけ遅れてきた破線で示す反
射波（23）とから合成されたものとして観測される。

そこで、エタロン板（８）を回動して反射光（９）を
振ると、センサー（10）で検出される反射光（９）の光
量の検出値は、エタロン板（８）の所定角度範囲内の回
動により第２図（ｂ）で示すような明るさ（24）で明る
い部分（25）と暗い部分（26）を周期的に変動して増減
を繰り返し干渉縞（27）のような形態を示す。そして、
この検出値の周期変動は被照射面（７）が焦点に合って
いるか否かで光量の変動形態が相違し、焦点があってい
る場合には、検出値の大小、つまり干渉縞（27）の明暗
の数が最少となる。この時、メータ（13）の指示値は大
きく変化し、明暗の検出結果の比、つまりメータ（13）
の最大指示値と最小指示値の比は最大となる。

一方、焦点が合っていない場合には、反射光（９）は
球面波となり反射されることが一般に観測されている。

この場合、第３図（ａ）に示すように実線で示す反射
波（31）と、光路差（32）だけ遅れてきた破線で示す反
射波（33）とから合成されたものとして観測され、上記
平面波のときとは異なり、第３図（ｂ）に示すように明
るさ（34）は小さく数多く波打つ如く変化分布する。

したがって、センサー板（11）では第３図（ｃ）に示
すように明るい部分（35）と暗い部分（36）とが平面波
のときとは異なり不明瞭で多数の干渉縞（37）が観測さ
れる。これは、平面波とは異なり球面波の場合には、進
行方向に対して波面の外側部分が彎曲しているので、干
渉縞の発生する光路差の組合せが多く存在するからであ
る。

この時、メータ（13）の指示値は、平均値が高いもの
の変化は小さく、最大指示値と最小指示値の比は小さく
なる。

上述のように、上記干渉縞の明暗の数が最少になり、
また、メータ（13）の指示が大きく変動し、最大指示値
と最小指示値の比が最大となるように焦点調整をするこ
とで、合焦点を検出することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザ光を被照射体の被照射面に合
焦させるに際し、上記被照射面からの反射光を光路差を
もって反射させる媒体を上記被記照射面からの反射光の
光路に対して傾斜させて設け、この媒体を回動手段を介
して回動させて上記媒体からの反射光の光量を変動さ
せ、この光量を光検出手段により検出し、焦点が合って
いるか否かによって相違する上記光量の変動形態に基づ
いて焦点を検出するようにしたため、被照射体からの反
射光に基づいて焦点を短時間且つ正確に検出することが
できるレーザ光の焦点検出方法及びレーザ光の焦点検出
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レーザ光の焦点検出方法の一実施例を説
明するための構成図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は
平面波の干渉説明図、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は
球面波の干渉説明図である。 １……レーザ光、３……ガルバノミラー、４……Ｆ・θ
レンズ、５……半導体ウエハ、８……エタロン板、９…
…反射光、10……センサー、11……センサー板、13……
メーター、27,37……干渉縞。

───────────────────────────────────────────────────── 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 特開 昭54−106206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−173416（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を被照射体の被照射面に合焦させ
   るに際し、上記被照射面からの反射光を光路差をもって
   反射させる媒体を上記被記照射面からの反射光の光路に
   対して傾斜させて設け、この媒体を回動させて上記媒体
   からの反射光の光量を変動させ、この光量を光検出手段
   により検出し、焦点が合っているか否かによって相違す
   る上記光量の変動形態に基づいて焦点を検出することを
   特徴とするレーザ光の焦点検出方法。
2. 【請求項２】上記光量の変動形態は、上記光量の周期的
   な増減を繰り返す形態として得られ、その増減の幅を最
   大に調整して合焦することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のレーザ光の焦点検出方法。
3. 【請求項３】媒体はエタロン板であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のレーザ光の焦点検出方法。
4. 【請求項４】レーザ発振器から放射されたレーザ光を被
   照射体の被照射面に合焦する手段と、 上記被照射面に照射されたレーザ光の反射光の光路に傾
   斜させて設けられ、上記反射光を光路差をもって反射さ
   せる媒体と、 上記媒体を回動させ、その傾斜角を所定の角度範囲内で
   変化させる回動手段と、上記媒体からの反射光の光量を
   検出する光検出手段とを備え、 上記媒体を上記回動手段を介して回動させ、上記媒体か
   らの反射光の光量を変動させ、この光量を上記光検出手
   段により検出し、焦点が合っているか否かによって相違
   する上記光量の変動形態に基づいて焦点を検出する ことを特徴とするレーザ光の焦点検出装置。
5. 【請求項５】上記媒体はエタロン板であることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のレーザ光の焦点検出装
   置。