JP2919145B2 - Laser light irradiation device - Google Patents

Laser light irradiation device

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JP2919145B2
JP2919145B2 JP4000659A JP65992A JP2919145B2 JP 2919145 B2 JP2919145 B2 JP 2919145B2 JP 4000659 A JP4000659 A JP 4000659A JP 65992 A JP65992 A JP 65992A JP 2919145 B2 JP2919145 B2 JP 2919145B2
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恒幸 西村
隆志 一法師
和之 須賀原
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて加工
を行うレーザ光照射装置に関し、特に半導体装置の製造
に用いられるレーザ光照射装置の改良に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam irradiating apparatus for performing processing using a laser beam, and more particularly to an improvement of a laser beam irradiating apparatus used for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、絶縁体上に単結晶半導体層を
形成する、いわゆるSOI(SiliconOn Insulator) 技
術が開発されている。そして、絶縁体上に堆積された多
結晶半導体層に細く絞られたレーザ光を照射し、該多結
晶半導層を単結晶化するレーザアニール技術は、処理中
の半導体基板の温度を低く保つことができるため、三次
元回路素子のSOI形成技術として利用されている。ま
た、上記レーザアニール技術は、イオン注入された不純
物の活性化やレーザ光を用いて半導体基板上に選択的に
成膜を行うレーザCVD(化学的気相成長法)技術など
にも応用されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, a so-called SOI (Silicon On Insulator) technique for forming a single crystal semiconductor layer on an insulator has been developed. Then, a laser annealing technique for irradiating the polycrystalline semiconductor layer deposited on the insulator with a narrowly focused laser beam to monocrystallize the polycrystalline semiconductor layer keeps the temperature of the semiconductor substrate during processing low. Therefore, it is used as an SOI forming technique for a three-dimensional circuit element. The above laser annealing technique is also applied to the activation of ion-implanted impurities and the laser CVD (chemical vapor deposition) technique for selectively forming a film on a semiconductor substrate using laser light. I have.

【0003】図4は、従来のレーザアニール技術を適用
したレーザアニール装置の構成図であり、図において、
1は20W出力のアルゴンイオンレーザ発振器(以下、
単にレーザと称す)、2はレーザ光の光路上に設けら
れ、鏡回転式ガルバノスキャナ2bと冷却部2aとから
なり、レーザ1から発振したレーザ光を高速にオン,オ
フする光遮断シャッタ(以下、単にシャッタと称す)、
2bは約20度の角度を回転させるのに10msecの
時間を必要としない鏡回転式のガルバノスキャナ、2a
はガルバノスキャナ2bにより反射したレーザ光を吸収
して強制冷却する黒色アルマイト処理が施されたAl製
ヒートシンク、3は2枚のレンズで構成され、シャッタ
2により遮断されなかったレーザ光の径を3倍程度に拡
大し、動作時のレーザ光のビーム径を絞りやすくしたビ
ームエキスパンダ、4a〜4dは固定式鏡、5aはλ/
2板、5bは偏光プリズム、5はλ/2板5aと偏光プ
リズム5bからなり、通過するレーザ光の出力を調節す
るビームパワーアジャスタ、6は回転ミラーからなり、
レーザ光をX方向に走査するガルバノスキャナ、7はレ
ーザ光を50μm〜100μmのビーム径に絞り、かつ
X方向の走査によってそのビーム径や走査速度が変化し
ないように設計されたfθレンズ、8はガルバノスキャ
ナ6とfθレンズ7とが設置されY軸方向に移動可能な
一軸精密ステージ、9は半導体ウェハ、10は半導体ウ
ェハ9を真空チャックによって保持する設置台、11は
設置台10に保持された半導体ウェハ9を400〜50
0℃の温度に加熱する赤外線ランプ、12は半導体ウェ
ハ9,設置台10,赤外線ランプ11を囲むチャンバ、
13は半導体ウェハ9の表面がレーザ光照射時に酸化し
ないようにチャンバ12内をN2 雰囲気で満たすように
チャンバ12内に設けられたN2 ガス導入管、14は上
記1〜13までの全ての構成要素を覆うパネルである。
FIG. 4 is a configuration diagram of a laser annealing apparatus to which a conventional laser annealing technique is applied.
1 is a 20 W output argon ion laser oscillator (hereinafter referred to as
A light-blocking shutter 2 (hereinafter simply referred to as a laser) is provided on the optical path of the laser light and includes a mirror-rotating galvano scanner 2b and a cooling unit 2a, which turns on and off the laser light oscillated from the laser 1 at a high speed. , Simply referred to as a shutter),
2b is a mirror-rotating galvano scanner that does not require 10 msec to rotate an angle of about 20 degrees, 2a
Is a heat sink made of Al which has been subjected to black alumite processing for absorbing the laser light reflected by the galvano scanner 2b and forcibly cooling it. 3 is composed of two lenses, and has a diameter of 3 for the laser light not blocked by the shutter 2. A beam expander that has been enlarged about twice to make it easier to narrow the beam diameter of the laser beam during operation, 4a to 4d are fixed mirrors, 5a is λ /
2 plate and 5b are polarizing prisms, 5 is a λ / 2 plate 5a and a polarizing prism 5b, a beam power adjuster for adjusting the output of the passing laser beam, 6 is a rotating mirror,
A galvano scanner that scans the laser light in the X direction, 7 is an fθ lens designed to narrow the laser light to a beam diameter of 50 μm to 100 μm, and that the beam diameter and the scanning speed are not changed by scanning in the X direction; A single-axis precision stage in which a galvano scanner 6 and an fθ lens 7 are installed and movable in the Y-axis direction, 9 is a semiconductor wafer, 10 is an installation table for holding the semiconductor wafer 9 by a vacuum chuck, and 11 is an installation table 10 400 to 50 semiconductor wafers 9
An infrared lamp for heating to a temperature of 0 ° C .;
Reference numeral 13 denotes an N 2 gas introduction pipe provided in the chamber 12 so as to fill the inside of the chamber 12 with an N 2 atmosphere so that the surface of the semiconductor wafer 9 is not oxidized during laser light irradiation. It is a panel that covers components.

【0004】次に、動作について説明する。レーザ1か
ら発振したレーザ光は、ビームエキスパンダ3により直
径10mm程度のビームに拡げられ、ビームパワーアジ
ャスタ5によって適当なパワーに調整された後、ガルバ
ノスキャナ6へ導かれる。そして、ガルバノスキャナ6
で反射したレーザ光はfθレンズ7によって更に直径1
00μmに絞られ、赤外線ランプ11によって500℃
に加熱された半導体ウェハ9に照射される。ここで、レ
ーザ光はガルバノスキャナ6の回転によって、半導体ウ
ェハ9の決められた領域でX方向に走査され、1回の走
査が終了すると、ガルバノシャッタ2bが回転し、レー
ザ光を冷却部2aに当てて光路を遮断し、シャッタ2が
閉じられる。そして、このレーザ光を遮断している間
に、ガルバノスキャナ6は走査の最初の位置に戻され、
ステージ8がY方向に80μm移動する。ステージ8が
Y方向に移動し、完全に静止した後、再びシャッタ2が
開き、ガルバノスキャナ6が回転して、2回目のレーザ
光の走査が始まる。このようにして、レーザ光が走査し
ながら半導体ウェハ9の全域にレーザ光が照射されて、
処理が行われる。
Next, the operation will be described. The laser light oscillated from the laser 1 is expanded into a beam having a diameter of about 10 mm by the beam expander 3, adjusted to an appropriate power by the beam power adjuster 5, and guided to the galvano scanner 6. And galvano scanner 6
Is reflected by the fθ lens 7 to have a diameter of 1 mm.
500 μm by infrared lamp 11
Irradiates the semiconductor wafer 9 that has been heated. Here, the laser light is scanned in the X direction in a predetermined area of the semiconductor wafer 9 by the rotation of the galvano scanner 6, and when one scan is completed, the galvano shutter 2b is rotated and the laser light is transmitted to the cooling unit 2a. The shutter 2 is closed. Then, while the laser beam is shut off, the galvano scanner 6 is returned to the initial position of the scanning,
The stage 8 moves by 80 μm in the Y direction. After the stage 8 moves in the Y direction and completely stops, the shutter 2 opens again, the galvano scanner 6 rotates, and the second scanning of the laser beam starts. In this way, the entire area of the semiconductor wafer 9 is irradiated with the laser light while scanning with the laser light,
Processing is performed.

【0005】ここで、図5は上記ガルバノスキャナ6,
fθレンズ7,ステージ8,半導体ウェハ9,設置台1
0,赤外線ランプ11,チャンバ12,ガス導入管13
の配置部分の側面図であり、図からわかるように、上記
レーザ光の照射時にレーザ光は半導体ウェハ9面と常に
直角で交わる状態にあり、X方向の走査によっては半導
体ウェハに対し照光が垂直に入射することがある。
[0005] Here, FIG.
fθ lens 7, stage 8, semiconductor wafer 9, installation table 1
0, infrared lamp 11, chamber 12, gas inlet tube 13
Is a side view of the arrangement portion of, as can be seen from the figure, the laser light during irradiation of the laser beam is in a state of intersecting always perpendicular to the semiconductor wafer 9 sides, irradiation morphism light to the semiconductor wafer by scanning the X-direction May be incident perpendicularly.

【0006】また、図6は上記ビームパワーアジャスタ
5を部分的に拡大した拡大図であり、パワーアジャスタ
5によってレーザパワーを調節する機構は、偏光プリズ
ム5bはYZ方向の波面を持つ偏光に対し、その97%
を反射し、2%を透過する。また、XZ方向の波面を持
つ偏光に対し、その2%を反射し、97%を透過する。
このYZ方向の波面の波面をもつ偏光とXZ方向の波面
をもつ偏光の割合をλ/2板5aを回転させることによ
って変え、偏光プリズム5bより透過光のみが半導体ウ
ェハ9表面に至り、これによってレーザ光の半導体ウェ
ハ9上での出力が調節される。
FIG. 6 is an enlarged view in which the beam power adjuster 5 is partially enlarged. The mechanism for adjusting the laser power by the power adjuster 5 is such that the polarizing prism 5b is used for a polarized light having a wavefront in the YZ directions. 97% of that
Is reflected and 2% is transmitted. In addition, 2% of the polarized light having a wavefront in the XZ direction is reflected and 97% is transmitted.
By rotating the λ / 2 plate 5a, the ratio between the polarized light having the wavefront in the YZ direction and the polarized light having the wavefront in the XZ direction is changed, and only the transmitted light from the polarizing prism 5b reaches the semiconductor wafer 9 surface. The output of the laser light on the semiconductor wafer 9 is adjusted.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】さて、SOI(三次元
回路素子)を高歩留りで製造するためには、ビーム走査
が均一であり、かつレーザパワーが処理中において安定
していることが必要である。しかしながら、従来のレー
ザ光照射装置は、赤外線ランプ11によって半導体ウェ
ハ9,設置台10,チャンバ12を400℃〜500℃
まで加熱しており、この赤外線ランプ11による熱がパ
ネル14内の雰囲気に対流を生じさせ、この対流がパネ
ル14内の雰囲気を乱していた。そして、この雰囲気の
乱れにより、半導体ウェハ9上に照射するレーザ光の光
路が曲がり、ビームの蛇行を引き起こして、結晶欠陥を
発生させ、その結果、三次元回路素子の歩留りを低下さ
せるという問題点があった。
In order to manufacture an SOI (three-dimensional circuit element) at a high yield, it is necessary that beam scanning is uniform and laser power is stable during processing. is there. However, in the conventional laser beam irradiation apparatus, the semiconductor wafer 9, the mounting table 10, and the chamber 12 are heated to 400 ° C. to 500 ° C. by the infrared lamp 11.
The heat generated by the infrared lamp 11 caused convection in the atmosphere in the panel 14, and the convection disturbed the atmosphere in the panel 14. Then, due to the disturbance of the atmosphere, the optical path of the laser beam irradiated on the semiconductor wafer 9 is bent, causing a meandering of the beam to generate a crystal defect, thereby reducing the yield of the three-dimensional circuit element. was there.

【0008】また、上記の従来の装置では、基板に対し
て10Wのレーザ光が垂直に入射すると、39%の光が
基板から反射する。そして、この反射光が直接レーザ本
体内に戻らないように、偏光プリズム5bによって反射
して遮るようになっているものの、この戻り光のうち、
およそ2%が透過し、レーザ本体に戻ってしまってい
た。このため、レーザ本体に戻る際に入射光の1%の
0.1W程度の出力となった戻り光が、レーザから出た
レーザ光と干渉し、基板ウェハ9上で垂直にレーザ光が
照射される位置を中心として±1cmの範囲内に1%程
度の出力変動を引き起こし、その結果、再結晶の際に結
晶欠陥を発生させる原因となり、三次元回路素子の歩留
りを低下させるという問題点があった。
In the above-mentioned conventional apparatus, when 10 W of laser light is perpendicularly incident on the substrate, 39% of the light is reflected from the substrate. Then, the reflected light is reflected and blocked by the polarizing prism 5b so that the reflected light does not return directly into the laser main body.
Approximately 2% was transmitted and returned to the laser body. Therefore, when returning to the laser main body, the return light having an output of about 0.1 W of 1% of the incident light interferes with the laser light emitted from the laser, and the laser light is irradiated vertically on the substrate wafer 9. In this case, there is a problem that an output fluctuation of about 1% is caused within a range of ± 1 cm with respect to the position of the center, thereby causing a crystal defect at the time of recrystallization and lowering the yield of the three-dimensional circuit element. Was.

【0009】尚、上記第1の問題点はチャンバ12まわ
りの雰囲気の排気を行うことで解決するとも考えられる
が、この排気による雰囲気の流れが、逆に半導体ウェハ
9面上を流れるN2 ガスの雰囲気を乱し、レーザ光の蛇
行を引き起こしてしまう。本発明は上記のような問題点
を解消するためになされたもので、レーザ光の蛇行が減
少し、例えば、SOI(三次元回路素子)の製造におい
て結晶欠陥の発生を低減することができるレーザ光照射
装置を得ることを目的とする。更に、本発明の他の目的
はレーザ光の出力変動がなく、レーザ光の出力に不均一
な部分を生ずることがないレーザ光照射装置を得ること
を目的とする。
Although the first problem can be solved by exhausting the atmosphere around the chamber 12, the flow of the atmosphere due to the exhaust is conversely caused by the N 2 gas flowing on the surface of the semiconductor wafer 9. Disturb the atmosphere of the laser beam and cause the laser beam to meander. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. A laser capable of reducing meandering of a laser beam and, for example, reducing generation of crystal defects in the manufacture of an SOI (three-dimensional circuit element). It is intended to obtain a light irradiation device. Still another object of the present invention is to provide a laser beam irradiation apparatus which does not cause fluctuations in the laser beam output and does not cause an uneven portion in the laser beam output.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1に係るレーザ光
照射装置は、被加工物を設置する設置台と、該被加工物
を加熱するよう該設置台の近傍に設けられた加熱手段
と、該設置台と該加熱手段の周囲を覆うように設けられ
たチャンバと、該チャンバを隔てて、上記設置台及び該
加熱手段と離れて配置されたレーザ発振器を有するレー
ザ光学系とを備えるとともに、上記チャンバと上記光学
系との間に断熱壁を設け、上記光学系の周囲の雰囲気を
一定流量の層流状の空気流で満たすようにエアー導入
管、及び該エアー導入管に対向して配置されたエアー排
出管を設けたレーザ光照射装置において、更に、上記断
熱壁で区切られた2つの領域の内上記チャンバ側の領域
に設けられたステージと、該ステージ上に設けられたレ
ーザ発振器からのレーザ光が入射される光学部品と、上
記光学系中に設けられた該レーザ発振器から発振する該
レーザ光の出力を調節する調節系とを備え、上記ステー
ジと上記光学部品とを移動させることにより、上記レー
ザ発振器から上記光学部品に到達したレーザ光を走査し
て、該レーザ光を被加工物に照射するとともに、上記被
加工物の表面に上記レーザ光が垂直入射しないよう、上
記ステージと上記光学部品とをそれぞれ配置したもので
ある。
According to a first aspect of the present invention , there is provided a laser beam irradiation apparatus , comprising: an installation table for installing a workpiece; and heating means provided near the installation table for heating the workpiece. a chamber provided so as to cover the periphery of the mount base and heating means, separating the chamber, provided with a laser optical system having a laser oscillator that is disposed apart from the above the installation base and heating means An insulating wall is provided between the chamber and the optical system, and an air introduction pipe is provided so as to fill the atmosphere around the optical system with a laminar airflow having a constant flow rate, and the air introduction pipe faces the air introduction pipe. In the laser light irradiation device provided with the arranged air discharge pipe,
The area on the chamber side of the two areas separated by the hot wall
And a stage provided on the stage.
Optical components on which laser light from the
The laser oscillating from the laser oscillator provided in the optical system
An adjustment system for adjusting the output of the laser beam;
By moving the laser and the optical component, the laser
Scans the laser beam that has reached the above optical components from the oscillator
The workpiece is irradiated with the laser light,
Make sure that the laser light does not enter the surface of the workpiece vertically.
The stage and the above optical components are arranged respectively.
is there.

【0011】[0011]

【作用】本発明にかかるレーザ光照射装置においては、
断熱壁により、チャンバと光学系との間が遮断され、且
つエアー導入管及びエアー排出管により、光学系の周囲
の雰囲気を一定流量の層流状の空気流で満たすことがで
きる。これにより、チャンバ内の雰囲気を安定状態にす
ることができると共に、光学系の周囲の雰囲気を熱によ
る乱れのない安定した状態とすることができ、その結
果、レーザ光の走行路における蛇行を抑制することがで
きる。また、本発明にかかるレーザ光照射装置において
は、被加工物の表面にレーザ光が垂直入射するのを避け
ことができるから反射光がレーザ発振器側で重なる
ことがなく、レーザ光の干渉を防止することができる。
しかも、レーザ光の出力を調整する光学系を備えている
ので、仮に、レーザ光がレーザ発振器側で重なるように
反射したとしても、この光学系により反射光の出力が抑
えられ、レーザ光の干渉を抑えることができる。
In the laser light irradiation apparatus according to the present invention,
The insulation wall blocks the chamber from the optical system, and
Around the optical system with the air introduction pipe and air discharge pipe
Atmosphere can be filled with a constant flow of laminar airflow.
Wear. This makes the atmosphere in the chamber stable.
And the atmosphere around the optical system can be
It is possible to achieve a stable state without disturbance,
As a result, meandering of the laser light on the traveling path can be suppressed. Further, in the laser beam irradiation apparatus according to the present invention, the laser beam is prevented from being vertically incident on the surface of the workpiece.
Since it is possible that the reflected light overlaps with a laser oscillator side
Therefore, interference of laser light can be prevented.
In addition, it has an optical system that adjusts the output of laser light.
Therefore, suppose that the laser beams overlap on the laser oscillator side.
Even if reflected, this optical system suppresses the output of reflected light.
As a result, laser light interference can be suppressed .

【0012】[0012]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1は本発明の一実施例によるレーザ光照射装置の
構成図であり、図4と同一符号は同一或いは相当する部
分を示し、1はレーザ、2はシャッタ、3はビームエキ
スパンダ、4a,4b,4c,4dは固定式鏡、5はビ
ームパワーアジャスタ、6はガルバノスキャナ、7はf
θレンズ、8はステージ、9は半導体ウェハ、10は設
置台、11は赤外線ランプ、12はチャンバ、13はN
2 導入管、14はパネル、15は断熱壁、16はエアー
導入管、17はエアー排気管である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a laser beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same or corresponding parts, 1 is a laser, 2 is a shutter, 3 is a beam expander, 4a, 4b, 4c, 4d are fixed mirrors, 5 is a beam power adjuster, 6 is a galvano scanner, 7 is f
Theta lens, 8 is a stage, 9 is a semiconductor wafer, 10 is a mounting table, 11 is an infrared lamp, 12 is a chamber, and 13 is N
2 is an introduction pipe, 14 is a panel, 15 is a heat insulating wall, 16 is an air introduction pipe, and 17 is an air exhaust pipe.

【0013】以下、動作を説明する。上記のレーザ光照
射装置の基本動作は図4で示した従来のレーザ光照射装
置と同じであり、基本動作の説明は省略する。
The operation will be described below. The basic operation of the above laser light irradiation device is the same as that of the conventional laser light irradiation device shown in FIG. 4, and the description of the basic operation is omitted.

【0014】チャンバ12内及びチャンバ12の周囲の
雰囲気と、光遮断シャッタ2,ビームエキスパンダ3,
固定式鏡4a〜4d,ビームパワーアジャスタ5等から
なる光学系の周囲の雰囲気とを遮断するように設けられ
た断熱壁15によって、レーザ1から出射したレーザ光
における全レーザ光路長の80%を占める雰囲気がチャ
ンバ12の周囲の熱せられた雰囲気から遮断され、更
に、エアー導入管16からエアー排気管17に向けてエ
アーを層状に流すことから、該全レーザ光路長の80%
を占める雰囲気が層流状の雰囲気となり、この雰囲気を
走行するレーザ光は蛇行が±4μm以内の蛇行の少ない
レーザ光となる。そして、この蛇行の少ないレーザ光は
断熱壁15の一部に空けられた開口を通過して、ガルバ
ノスキャナ6,fθレンズ7によって半導体ウエハ9に
対して照射される。
The atmosphere in and around the chamber 12, the light blocking shutter 2, the beam expander 3,
The heat insulating wall 15 provided so as to block the atmosphere around the optical system including the fixed mirrors 4a to 4d, the beam power adjuster 5, etc., makes 80% of the total laser beam path length of the laser beam emitted from the laser 1 80%. Since the occupied atmosphere is cut off from the heated atmosphere around the chamber 12 and the air flows from the air introduction pipe 16 to the air exhaust pipe 17 in a layered manner, 80% of the total laser optical path length is obtained.
Becomes a laminar flow atmosphere, and the laser light traveling in this atmosphere is a laser light having a small meandering within ± 4 μm. Then, the laser beam having little meandering passes through an opening formed in a part of the heat insulating wall 15 and is irradiated on the semiconductor wafer 9 by the galvano scanner 6 and the fθ lens 7.

【0015】図2は上記ガルバノスキャナ6,fθレン
ズ7,ステージ8,半導体ウェハ9,設置台10,赤外
線ランプ11,チャンバ12の配置部分の側面図であ
り、本実施例のレーザ光照射装置では、ステージを斜め
に傾けてレーザ光の半導体ウエハ9表面への垂直入射を
防止している。また、図3は半導体ウェハ9表面におけ
る入射光と反射光を拡大して示した図であり、図中18
は入射光、19は反射光、θ,φは角度、xは長さを示
している。
FIG. 2 is a side view showing the arrangement of the galvano scanner 6, the fθ lens 7, the stage 8, the semiconductor wafer 9, the mounting table 10, the infrared lamp 11, and the chamber 12. In the laser beam irradiation apparatus of this embodiment, The stage is inclined obliquely to prevent the laser beam from being vertically incident on the surface of the semiconductor wafer 9. FIG. 3 is an enlarged view of the incident light and the reflected light on the surface of the semiconductor wafer 9, and in FIG.
Represents incident light, 19 represents reflected light, θ and φ represent angles, and x represents length.

【0016】ここで、レーザ光の干渉を防止するために
は、半導体ウェハ9からの戻り光19がレーザ本体1に
入らないように、入射光18と反射光19がfθレンズ
7よりレーザ本体側で重ならないようにする必要があ
る。このため、入射角θは以下の計算によって求められ
た範囲を満たすことが必要となる。
Here, in order to prevent the interference of the laser light, the incident light 18 and the reflected light 19 are shifted from the fθ lens 7 toward the laser body so that the return light 19 from the semiconductor wafer 9 does not enter the laser body 1. Must not overlap. Therefore, the incident angle θ needs to satisfy the range obtained by the following calculation.

【0017】例えば、ビーム径が直径6.0mm(=
6.0×103 μm)のレーザ光がfθレンズに入射
し、fθレンズから30cm(=3.0×105 μm)
離れた半導体ウェハ9表面でビーム径が直径100μm
となるように集光させる場合、以下の式が成り立つ。
尚、ここで半導体ウェハ9表面でのビーム径は100μ
mと他の値に比べて極端に小さく、ビームは半導体ウェ
ハ9上で一点に集光すると考えている。
For example, if the beam diameter is 6.0 mm (=
6.0 × 10 3 μm) laser beam is incident on the fθ lens and is 30 cm (= 3.0 × 10 5 μm) from the fθ lens.
The beam diameter is 100 μm on the remote semiconductor wafer 9 surface.
When condensing light so that
Here, the beam diameter on the surface of the semiconductor wafer 9 is 100 μm.
m is extremely small compared to other values, and it is considered that the beam is focused on the semiconductor wafer 9 at one point.

【0018】 tan(θ+φ) =6.0×103 +x/3.0×105 ・・・・(1) tan(θ−φ) =x/3.0×105 ・・・・・・・・・・・・(2)Tan (θ + φ) = ( 6.0 × 10 3 + x ) /3.0×10 5 (1) tan (θ−φ) = x / 3.0 × 10 5.・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2)

【0019】そして、入射光18と反射光19が重なら
ないためには、x>0にしなければならず、x=0のと
きθ=φになり、θ≒1°が求まる。よって、入射角θ
が1°より大きければ、戻り光はレーザ本体中に戻らな
くなる。一方、入射角θが14°より大きくなると、半
導体ウェハ9に対するレーザ光のパワー密度が下がり、
半導体ウェハ9内で温度分布が生じて、結晶欠陥を制御
することが困難になる。このため、入射角θは1°<θ
<14°の範囲から選択するのが好ましい。
Then, in order for the incident light 18 and the reflected light 19 not to overlap, x> 0 must be satisfied. When x = 0, θ = φ, and θ 、 1 ° is obtained. Therefore, the incident angle θ
Is greater than 1 °, the return light will not return into the laser body. On the other hand, when the incident angle θ is larger than 14 °, the power density of the laser beam on the semiconductor wafer 9 decreases,
A temperature distribution occurs in the semiconductor wafer 9, making it difficult to control crystal defects. Therefore, the incident angle θ is 1 ° <θ.
It is preferable to select from the range of <14 °.

【0020】ここで、実験的に直径6mmのレーザ光が
半導体ウェハ9表面で直径100μmに集光し、fθレ
ンズ7と半導体ウェハ9表面とを300mm離し、半導
体ウェハ9表面に対して入射角度が常に5°となるよう
に、上記直径6mmのレーザ光を半導体ウェハ9表面入
射して、単結晶半導体層を形成したところ、レーザ光に
よる干渉が生じず、半導体ウェハ9表面に不安定なレー
ザ光が供給されることがなくなり、結晶性の良好な単結
晶半導体層が得られた。
Here, experimentally, a laser beam having a diameter of 6 mm is focused on the surface of the semiconductor wafer 9 to a diameter of 100 μm, the fθ lens 7 is separated from the surface of the semiconductor wafer 9 by 300 mm, and the incident angle with respect to the surface of the semiconductor wafer 9 is changed. When the laser beam having a diameter of 6 mm is incident on the surface of the semiconductor wafer 9 to form a single-crystal semiconductor layer so that the angle always becomes 5 °, no interference occurs due to the laser beam, and the unstable laser beam Is not supplied, and a single-crystal semiconductor layer having good crystallinity is obtained.

【0021】このような本実施例のレーザ光照射装置で
は、チャンバ12内及びチャンバ12の周囲の雰囲気
と、光遮断シャッタ2,ビームエキスパンダ3,固定式
鏡4a〜4d,ビームパワーアジャスタ5等からなる光
学系の周囲の雰囲気とが断熱壁15によって遮断され、
且つ、この光学系の周囲の雰囲気は、エアー導入管16
とエアー排気管17とによって層流状の一定流量で流れ
る空気が満たしているため、光学系の周囲の雰囲気は熱
による乱れがなく、層流状の一定状態の雰囲気となると
ともに、チャンバ内及びチャンバの周囲の雰囲気も安定
状態に保つことができ、その結果、レーザ光の走行路に
おける蛇行が抑制され、結晶欠陥等の発生を防止するこ
とかでき、製造時の歩留りを向上することができる。
In the laser beam irradiation apparatus of this embodiment, the atmosphere in and around the chamber 12, the light blocking shutter 2, the beam expander 3, the fixed mirrors 4a to 4d, the beam power adjuster 5, etc. The atmosphere surrounding the optical system consisting of
The atmosphere around the optical system is an air introduction pipe 16.
And the air exhaust pipe 17 are filled with air flowing at a constant flow rate in a laminar flow, so that the atmosphere around the optical system is not disturbed by heat and becomes an atmosphere in a laminar flow in a constant state. The atmosphere around the chamber can also be kept in a stable state. As a result, meandering of the laser light on the traveling path can be suppressed, and the occurrence of crystal defects and the like can be prevented, and the yield during manufacturing can be improved. .

【0022】また、本実施例のレーザ光照射装置では、
レーザ光が半導体ウエハ9表面に対して垂直入射しない
ように、ガルバノスキャナ6,fθレンズ7,ステージ
8,半導体ウェハ9,設置台10,赤外線ランプ11,
チャンバ12等の光学部品を配置しているため、半導体
ウエハ9表面へのレーザ光の入射角が1°より大きくな
り、半導体ウエハ9表面へ入射するレーザ光(入射光1
8)と半導体ウエハ9表面からの反射光19がfθレン
ズ7よりレーザ本体側で重なることなく、レーザ光の干
渉を防止でき、その結果、半導体ウエハ9表面での出力
変動が起きず、結晶欠陥の無い良好な結晶層を形成する
ことができ、製造時の歩留りを向上することができる。
Further, in the laser beam irradiation apparatus of this embodiment,
The galvanometer scanner 6, fθ lens 7, stage 8, semiconductor wafer 9, mounting table 10, infrared lamp 11,
Since the optical components such as the chamber 12 are arranged, the incident angle of the laser beam on the surface of the semiconductor wafer 9 becomes larger than 1 °, and the laser beam incident on the surface of the semiconductor wafer 9 (incident light 1)
8) and the reflected light 19 from the surface of the semiconductor wafer 9 can be prevented from interfering with the laser light without overlapping the fθ lens 7 on the laser main body side. As a result, the output fluctuation on the surface of the semiconductor wafer 9 does not occur and the crystal defect is not generated. It is possible to form a good crystal layer without any defects, and to improve the yield during manufacturing.

【0023】尚、上記実施例では、エアー導入管16と
エアー排気管17により、エアーが図中の矢印Zの方向
に流れるようしているが、エアーの流れは他の方向に流
してもよく、上記実施例と同様の効果を奏することがで
きる。また、上記実施例では、レーザ光の走査をガルバ
ノスキャナ6とステージ8によって走査しているが、他
の走査方法を用いてもよく、半導体ウエハへレーザ光が
垂直入射しないようにすればよい。
In the above embodiment, the air flows in the direction of arrow Z in the drawing by the air introduction pipe 16 and the air exhaust pipe 17, but the air may flow in other directions. The same effects as those of the above embodiment can be obtained. Further, in the above embodiment, the scanning of the laser beam is performed by the galvano scanner 6 and the stage 8, but another scanning method may be used, and the laser beam may be prevented from vertically entering the semiconductor wafer.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、チャ
ンバ内及びチャンバの周囲の雰囲気と光学系の周囲の雰
囲気とを隔離し、光学系の周囲の雰囲気を層状にして一
定に流れるようにしたので、レーザ光の走行において蛇
行のないレーザ光照射装置を得ることができ、その結
果、このレーザ光照射装置をレーザアニール技術に適用
すると、結晶欠陥のない良好な半導体結晶を形成するこ
とができるたため、三次元回路素子等の製造時の歩留り
を向上できる効果がある。
As described above, according to the present invention, the atmosphere in and around the chamber and the atmosphere around the optical system are isolated from each other, and the atmosphere around the optical system is made to flow in a layered manner. Therefore, it is possible to obtain a laser light irradiation device that does not meander in the traveling of laser light. As a result, when this laser light irradiation device is applied to laser annealing technology, a good semiconductor crystal without crystal defects can be formed. Therefore, there is an effect that the yield at the time of manufacturing a three-dimensional circuit element or the like can be improved.

【0025】また、この発明のレーザ光照射装置によれ
ば、レーザ光が半導体ウエハ表面等の被加工物表面に対
して垂直に入射することがないように光学部品を配置し
たので、レーザ光の干渉による出力変動がなくなり、レ
ーザ光の出力の均一性に優れたレーザ光照射装置を得る
ことができ、このレーザ光照射装置をレーザアニール技
術に適用すると、上記と同様に、結晶欠陥のない良好な
半導体結晶を形成することができるたため、三次元回路
素子等の製造時の歩留りを向上できる効果がある。
According to the laser beam irradiation apparatus of the present invention, the optical components are arranged so that the laser beam does not enter the surface of the workpiece such as the surface of the semiconductor wafer perpendicularly. The output fluctuation due to the interference is eliminated, and a laser light irradiation device having excellent laser light output uniformity can be obtained. When this laser light irradiation device is applied to the laser annealing technology, similar to the above, it is possible to obtain a good laser defect free crystal defect. Since such a semiconductor crystal can be formed, there is an effect that the yield at the time of manufacturing a three-dimensional circuit element or the like can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例1によるレーザ光照射装置の
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser beam irradiation device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例1によるレーザ光照射装置の
レーザ光照射部のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a laser light irradiation unit of the laser light irradiation device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例1によるレーザ光照射部の図
である。
FIG. 3 is a diagram of a laser beam irradiation unit according to the first embodiment of the present invention.

【図4】従来のレーザ光照射装置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a conventional laser beam irradiation device.

【図5】従来のレーザ光照射装置におけるレーザ光照射
部のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a laser light irradiation unit in a conventional laser light irradiation device.

【図6】従来のレーザ光照射装置におけるビームパワー
アジャスタの詳細図である。
FIG. 6 is a detailed view of a beam power adjuster in a conventional laser light irradiation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2 シャッタ 3 ビームエキスパンダ 4 固定式鏡 5 ビームパワーアジャスタ 6 ガルバノスキャナ 7 fθレンズ 8 ステージ 9 半導体ウェハ 10 設置台 11 赤外線ランプ 12 チャンバ 13 N2 ガス導入管 14 パネル 15 断熱壁 16 エアー導入管 17 エアー排気管 18 入射光 19 反射光DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Shutter 3 Beam expander 4 Fixed mirror 5 Beam power adjuster 6 Galvano scanner 7 fθ lens 8 Stage 9 Semiconductor wafer 10 Installation table 11 Infrared lamp 12 Chamber 13 N 2 gas introduction pipe 14 Panel 15 Heat insulation wall 16 Air introduction Pipe 17 Air exhaust pipe 18 Incident light 19 Reflected light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須賀原 和之 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 平3−291674(JP,A) 特開 平1−274001(JP,A) 特開 平1−148485(JP,A) 特開 昭60−234790(JP,A) 特開 平4−10614(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/00 B23K 26/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Kazuyuki Sugahara 4-1-1 Mizuhara, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Electric Corporation, within SSI Research Institute (56) References JP-A-3-291674 (JP) JP-A-1-274001 (JP, A) JP-A-1-148485 (JP, A) JP-A-60-234790 (JP, A) JP-A-4-10614 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/00 B23K 26/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被加工物を設置する設置台と、 該被加工物を加熱するよう該設置台の近傍に設けられた
加熱手段と、 該設置台と該加熱手段の周囲を覆うように設けられたチ
ャンバと、 該チャンバを隔てて、上記設置台及び該加熱手段と離れ
て配置されたレーザ発振器を有するレーザ光学系とを備
るとともに、 上記チャンバと上記光学系との間に断熱壁を設け、上記
光学系の周囲の雰囲気を一定流量の層流状の空気流で満
たすようにエアー導入管、及び該エアー導入管に対向し
て配置されたエアー排出管を設けたレーザ光照射装置に
おいて、 更に、上記断熱壁で区切られた2つの領域の内上記チャ
ンバ側の領域に設けられたステージと、該ステージ上に
設けられたレーザ発振器からのレーザ光が入射される光
学部品と、上記光学系中に設けられた該レーザ発振器か
ら発振する該レーザ光の出力を調節する調節系とを備
え、 上記ステージと上記光学部品とを移動させることによ
り、上記レーザ発振器から上記光学部品に到達したレー
ザ光を走査して、該レーザ光を被加工物に照射するとと
もに、上記被加工物の表面に上記レーザ光が垂直入射し
ないよう、上記ステージと上記光学部品とをそれぞれ配
置した ことを特徴とするレーザ光照射装置。
An installation table for installing a workpiece, a heating means provided near the installation table for heating the workpiece, and a heating means provided to cover a periphery of the installation table and the heating means. a chamber which is, at a said chamber, said installation base and the laser optics and the Bei <br/> example Rutotomoni having a laser oscillator that is disposed apart from the heating means, between the chamber and the optical system An air-insulating wall was provided therebetween, and an air introduction pipe was provided so as to fill the atmosphere around the optical system with a laminar airflow at a constant flow rate, and an air exhaust pipe arranged opposite to the air introduction pipe was provided. For laser light irradiation equipment
In addition, among the two regions separated by the heat insulating wall,
Stage provided in the region on the
Light into which laser light from the provided laser oscillator is incident
Parts and the laser oscillator provided in the optical system.
An adjustment system for adjusting the output of the laser light oscillating from
For example, to be moved and the stage and the optical components
The laser that reaches the optical component from the laser oscillator
Scans the laser beam and irradiates the workpiece with the laser beam.
In addition, the laser light is vertically incident on the surface of the workpiece.
So that the stage and the optical components are
A laser light irradiation device characterized by being placed .
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