JP7221345B2 - ウエハエッジ部の改質装置及び改質方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ表面の加工変質層である表面欠陥の修復と粗さの平坦化をレーザ熱処理により行う改質装置に係わり、特に、エッジ部に対してレーザ照射を行うウエハエッジ部の改質装置及び改質方法に関する。

半導体デバイス等の製作に使用されるシリコンウエハ等の半導体ウエハは、切削・研削・ラッピング・ポッリシングなどの機械加工プロセスによって表面加工が行われている。しかし、その表面及び内部は、加工変質層が形成され、一部の加工変質層には、マイクロクラック（微小亀裂）が含まれる。この内部クラック等の除去は、主にエッチングや化学機械研磨（ＣＭＰ）等の化学的・機械的方法により行われている。

また、特許文献１、２は、面取り等の研削加工を行った後、シリコンウエハの表面加工変質層の修復と粗さの平坦化を、パルスレーザを照射して効率良く効果的に行うこと、レーザ光源に加えて、ミラー、ガルバノミラー、レンズ、プリズム、コリメーター、偏光子、ビームスプリッタ、のうちの少なくとも１種を含む光学機構を有したレーザ照射ユニットを用いることが記載されている。

そして、ノッチ部の凹所底部の円弧部分にレーザを照射する場合、シリコンウエハ自体を回転させながら照射する、あるいはレーザ照射方向を旋回させることが記載されている。さらに、ノッチ部凹所の直線部分にレーザを照射する場合、ウエハ送りユニットを利用して、シリコンウエハを直線部分の方向に沿って直線移動させることが記載されている。

さらに、特許文献３は、レーザ加工装置において、光走査装置を構成する光学機器を簡便且つ高精度に配置可能にするため、光を角移動させながら放射する投光部と、投光部から放射された光を反射して所定の走査線上に導く１以上の反射部と、を備え、角移動するレーザ光を反射してからワーク上に設定された走査線に沿ってレーザ光を走査するように構成された光走査装置が記載されている。

特開２０２０－１３１２１８号公報 特開２０２０－１４１０８８号公報 特開２０１４－１６３９８号公報

上記従来技術において、特許文献１、２に記載のものでは、研削加工による研削痕等のダメージの修復、平坦化処理を行うことが可能となる。しかし、特許文献１、２に記載のものは、複雑な３次元形状であるノッチ部に対してレーザ照射中にワーク側となるシリコンウエハを移動させるものであり、ノッチ部に均一、かつ高速に表面処理することが極めて困難である。

また、特許文献３に記載のレーザ加工装置は、入射光路及び出射光路のアライメント作業が簡便になり、ひいては反射部を構成する機器のアライメント作業を簡便且つ高精度に行うことが可能となる。しかし、特許文献３に記載のレーザ加工装置を単に、ノッチ部に適用するだけでは、特許文献１、２と同様に、ノッチ部に均一、かつ高速に表面処理することに限界がある。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ノッチ部のように複雑な３次元形状にレーザ照射するにあたり、均一な表面処理として、ノッチ部全体に連続的（処理部に切れ目なく）にレーザ走査すること、高速な表面処理として、例えば、レーザ照射中にワーク側となるシリコンウエハの移動を最小限にして照射面に対して入射角が略垂直となること、照射条件を適切に定めること、等を実現して高品質で高速なウエハエッジ部の改質装置及び改質方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、レーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、レーザ光源からのレーザ光をノッチ部へ照射する光学系を有し、前記光学系は、前記レーザ光を複数回反射して折り返すように組み合わせられた凹面鏡となる円弧型であるミラーへ導くポリゴンミラーと、断面形状が平凸型で平面視で円弧状に形成された３次元曲面体である集光レンズと、を備え、前記レーザ光は前記ポリゴンミラーで反射して前記ミラーの前記組み合わせの一方側に入射し、他方側で反射して前記集光レンズへ至り、前記レーザ光を前記ノッチ部へ集光し、前記ポリゴンミラーが回転することで前記ノッチ部へ前記レーザ光を走査して照射するものである。

また、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、前記ノッチ部の照射区間を（１）片Ｒ部、（２）直線部、（３）ボトムＲ部、前記（２）直線部と傾き方向が異なる（２'）直線部、前記（１）片Ｒ部と対称の（１'）片Ｒ部に分け、前記光学系は３次元的に複数の階層ごとに構成され、前記レーザ光は前記階層ごとの前記光学系で前記照射区間ごとに照射されることが望ましい。
さらに、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、前記レーザ光を前記階層ごとの前記光学系で前記照射区間ごとに照射するよう照射位置を制御する姿勢制御手段を備えることが望ましい。

さらに、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、前記照射区間である（２）直線部、（２'）直線部は、前記ミラーと前記ポリゴンミラーとの回転中心間の距離を大きくしてレーザ走査軌道が直線近似されることが望ましい。

さらに、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、前記ノッチ部の結晶方位に対応した累積照射エネルギを決定して前記レーザ光を前記照射することが望ましい。

さらに、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、前記ノッチ部の曲率に対応してエネルギ密度、スキャンピッチ、照射回数の少なくともいずれか一つを変えて前記照射することが望ましい。

さらに、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、前記レーザ光は、ナノ秒パルスレーザの前記照射と共に、ＣＷ（連続）レーザ照射が併用されることが望ましい。

本発明は、レーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質方法であって、レーザ光を複数回反射して折り返すように組み合わせられた凹面鏡となる円弧型であるミラーへ導くポリゴンミラーと、断面形状が平凸型で平面視で円弧状に形成された３次元曲面体である集光レンズと、を備えた光学系を用いて、前記レーザ光を前記ポリゴンミラーで反射して前記ミラーの前記組み合わせの一方側に入射し、他方側で反射して前記集光レンズでノッチ部へ集光し、前記ポリゴンミラーを回転させることで前記ノッチ部へ前記レーザ光を走査して照射する。

さらに、上記のレーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質方法において、前記ノッチ部の照射区間を（１）片Ｒ部、（２）直線部、（３）ボトムＲ部、前記（２）直線部と傾き方向が異なる（２'）直線部、前記（１）片Ｒ部と対称の（１'）片Ｒ部に分け、前記光学系は各前記照射区間に対応して複数の階層に立体配置され、前記レーザ光は前記階層ごとの前記光学系で前記照射区間ごとに照射することが望ましい。

本発明によれば、レーザ光を反射して、側面がくの字状に組み合わされ凹面鏡となる円弧型であるミラーへ導くポリゴンミラーと、断面形状が平凸型で上面から見て曲面形状となった３次元曲面体であり、ミラーで反射したレーザ光をノッチ部へ集光する集光レンズと、を備えた光学系を用いて、ポリゴンミラーを回転することでノッチ部へレーザ光を走査して照射するので、ノッチ部のように複雑な３次元形状であっても、高精度かつ連続的（処理部に切れ目なく）にレーザ走査することが可能となり、照射角度を変化させたり、レーザの種類を組み合わせたりして、結晶方位や表面のうねりなどの局所的な様相（状態）に好適な条件で高品質な表面処理を行うことができる。

ノッチ部４の形状（ノッチ形状）を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は一点鎖線部の断面図 本発明の一実施形態によるノッチ部４の端面Ｔへのレーザ照射例を示す説明図 本発明の一実施形態による光学系の基本構成を示す構成図 本発明の一実施形態による光学系の基本構成を示す構成図 第１実施形態の照射区間と光学系の階層関係を示す説明図（上面図） 第１実施形態の照射区間と光学系の階層関係を示す説明図（構造図） 各照射区間におけるミラー９、集光レンズ８の形状とレーザ光５の関係を示す図 第１実施形態の光学系の構成を示す上面図 第１実施形態の１層光学系による（１）片Ｒ部への照射を説明する上面図 第１実施形態の１層光学系による（１）片Ｒ部への照射を説明する断面から見た説明図 第１実施形態の２層光学系による（２）直線部への照射を説明する上面図 第１実施形態の２層光学系と２'層光学系との関係を示す断面から見た説明図 第１実施形態の３層光学系による（３）ボトムＲ部への照射を説明する上面図 第１実施形態の３層光学系と３'層光学系との関係を示す断面から見た説明図 第１実施形態の姿勢制御手段１２の動作を説明する斜視図 第２実施形態の照射区間と光学系の階層の関係を説明する図（構造図） 第２実施形態の２'層光学系による（２）直線部への照射を示す上面図 第２実施形態における２層光学系と２'層光学系との関係を示す断面から見た説明図 各実施形態におけるシステム構成を示すブロック図

図１は、ノッチ部４の形状（ノッチ形状）を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は一点鎖線部の断面図である。ノッチ形状は複雑な３次元形状であり、その照射区間は、図１(ａ)の左端から（１）片Ｒ部、（２）直線部、（３）ボトムＲ部、そして（２）直線部と傾き方向が異なる（２'）直線部、（１）片Ｒ部と対称の（１'）片Ｒ部と続いている。また、断面形状は、シリコンウエハ１の上面２又は下面３と垂直となる端面Ｔ、端面Ｔの両端に接続する２つのＲ部Ｒ１、Ｒ２、２つのＲ部にそれぞれ接続する２つの斜面Ｘ１、Ｘ２がある。シリコンウエハ１の上面２又は下面３、端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２、斜面Ｘ１、Ｘ２は、結晶方位も異なる。

ノッチ部４へのレーザ照射は、図１のような複雑な３次元形状の各照射区間に行い、光学部品、アクチュエータを用いることで、均一で高速なレーザ熱処理として構成される。均一な表面処理は、ノッチ部４全体に連続的（処理部に切れ目なく）に等速なレーザ走査（それが困難であれば、レーザ照射エネルギを速度変化に対して適切に調整する）、形状変化に対する連続的なレーザ照射によって達成される。高速な表面処理は、レーザ照射中のワーク側の移動を極力避けることで行われる。また、レーザ照射は、処理面（照射面）に対し略垂直（入射角として１０～１５°以下）とする。さらに、照射条件は、結晶方位や形状に対応して決定する。

図２は、ノッチ部４の端面Ｔへのレーザ照射例を示す説明図である。ノッチ部４の厚さ方向断面の各部（端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２、斜面Ｘ１、Ｘ２）照射は、ウエハを真空チャックするなどして固定し、少なくともピッチ方向（左右を軸として、上下に回転方向）に回転軸を持つチャックテーブルを、回転軸周りに回転させることで姿勢を変えて行う。ノッチ部４の端面Ｔへのレーザ照射において、レーザ照射部（１）片Ｒ部へのレーザ走査軌道は、図中（１）として矢印ａから矢印ｂで示している。

レーザ照射部（２）直線部へのレーザ走査軌道は、図中（２）として矢印ｃから矢印ｄで示している。レーザ照射部（３）ボトムＲ部へのレーザ走査軌道は、図中（３）として矢印ｄから矢印ｅで示している。以下、レーザ照射部（２'）直線部、（１'）片Ｒ部へのレーザ照射は、同様に行い、いずれのレーザ照射も連続的、かつ照射面に垂直に行う。

ただし、（２'）直線部、（１'）片Ｒ部は、ノッチボトム位置に対して対称なので、（１）片Ｒ部、（２）直線部と同様であるが、同一平面にレーザ走査軌道があると、光学系を構成する部品が干渉する。例えば、（２'）直線部へのレーザ走査軌道（２'）は、（１）片Ｒ部へのレーザ走査軌道（１）及び（３）ボトムＲ部へのレーザ走査軌道（３）と干渉する。

その他、（１'）片Ｒ部へのレーザ走査軌道（１'）は、（２）直線部へのレーザ走査軌道（２）及び（３）ボトムＲ部へのレーザ走査軌道（３）と干渉する。したがって、光学系は、同一平面に光学系を組むと干渉するので、各照射区間に対応した複数の階層に分けて光学部品が干渉しないように配置する。また、（２）直線部、（２'）直線部は、曲率の小さい円弧でレーザ走査軌道を近似する。

ウエハエッジ部の改質装置は、要約すると以下の構成とする。光学系は、光学部品として偏向素子としてポリゴンミラー（回転多面鏡）６、７、ミラー（反射板）９、ビームスプリッタ３８及び集光レンズ８を適切に配置し、ポリゴンミラー６、７をモータ等のアクチュエータにより高速に回転・制御する。これにより、光学系は、等速で高速なレーザ照射の走査（スキャン）を行うことが可能となる。

レーザ光源１０から発射されたレーザ光５は、ノッチ形状に沿って連続的に高速でスキャンされる。また、光学系は、同一平面に組むと干渉するので、３次元的に複数の階層ごとに構成され、階層ごとの光学系でレーザ光５を照射区間ごとに照射する。レーザ光５は、照射区間に応じてビームスプリッタ３８等で階層ごとに分岐させる。

レーザ光５は、ウエハの材質に応じた波長、パルス又は連続（ＣＷ）レーザを選択する。また、レーザ光５は、複数台組み合わせても良い。選択されたレーザ光５は、高速回転するポリゴンミラー７により偏向する。次に、レーザ光５は、ミラー９等を介してノッチ形状に対応して、例えば、照射面に対して入射角が略垂直となるように偏向される。レーザ照射角度は、表面状態に好適な条件となるように調整しても良い。さらに、偏向されたレーザ光５は、ノッチ形状に応じた形状とされた集光レンズ８で集光し、ノッチ部４へレーザ光５を走査して照射する。

上記により、ウエハエッジ部の改質装置は、３次元で形状変化するノッチ部４全体に高精度に均一な処理（高品質）を高速で行うことが可能となる。また、レーザ光５の照射角度を変化させたり、レーザ光５の種類を組み合わせたりして、結晶方位や表面のうねりなどの局所的な様相（状態）に好適な条件で表面処理を行うことができる。

図３及び図４は、光学系の基本構成を示す構成図である。図３は、図２で示したレーザ照射部（１）片Ｒ部、（３）ボトムＲ部、（１'）片Ｒ部で使用する光学系の基本構成、図４は、同様に（２）直線部、（２'）直線部で使用する光学系の基本構成である。

図３において、レーザ光源１０からのレーザ光５は、高速回転するポリゴンミラー６、７で反射してミラー９へ至る。ミラー９に入射するレーザ光５は、ポリゴンミラー７の回転中心を中心とする円弧を動くレーザ走査軌道となる。ミラー９で反射したレーザ光５は、集光レンズ８を通って集光されてノッチ部４を照射する。

なお、集光レンズ８は、図示しているように断面形状が平凸型で上面から見て曲面形状となった３次元曲面体である。図４は、図３と同様であるが、ミラー９とポリゴンミラー６の回転中心間の距離を大きくして、レーザ走査軌道は、曲率の小さな円弧で直線近似する。

図５、図６は、第１実施形態のレーザ光５の照射区間と光学系の階層関係を示す説明図であり、図５は上面図、図６は階層構造を示している。第１実施形態は、光学系の全体でレーザ光源１０を１台とし、図３及び図４で示した光学系の基本構成を複数の階層に立体配置（特に、高さ方向に配置）して構成される。

図５において、図（ａ）、（ｂ）は、シリコンウエハ１を上から見た上面側の図であり、（ｃ）は、下から見た下面側の図である。図５（ａ）及び図６で示すように、（１）片Ｒ部の照射区間は１層光学系で照射する。（１'）片Ｒ部の照射はノッチボトムとウエハ中心を通る線で対称なので、（１'）片Ｒ部は、１層光学系に対し対称に配置した５層光学系で照射する。

図５（ｂ）及び図６で示すように、（２）直線部の照射区間は２層光学系で照射する。（２'）直線部の照射は、ノッチボトムとウエハ中心を通る線で対称なので、２層光学系に対し対称に配置した４層光学系で照射する。図５（ｃ）及び図６で示すように、２'層光学系は、シリコンウエハ１を挟んで２層光学系と鏡像となる２'層光学系をシリコンウエハ１の上面側と下面側とでペアとなるように配置する。

以下、同様に、第１実施形態は、３層光学系と鏡像となる３'層光学系、４層光学系と鏡像となる４'層光学系、５層光学系と鏡像となる５'層光学系を配置する。なお、改質装置は、レーザ光５を各階層（１～５、２'～５'層光学系）の切替え手段１１、及びシリコンウエハ１をピッチ方向に回転させて、照射位置を図１（ｂ）で示した斜面Ｘ１、Ｘ２、端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２と切替える姿勢制御手段１２を備えている。

図７は、各照射区間におけるミラー９、集光レンズ８の形状とレーザ光５の関係を示す図である。図（ａ）は（１）片Ｒ部、（１'）片Ｒ部、図（ｂ）は（２）直線部、（２'）直線部、図（ｃ）は（３）ボトムＲ部である。図（ａ）において、レーザ光５は、側面がくの字状に組み合わされた凹面鏡となる円弧型のミラー９の上側に入射し、下側で反射して図３で示したように集光レンズ８へ至る。集光レンズ８は、断面形状が平凸型で上面から見て曲面形状となった３次元曲面体である。

図（ｂ）において、ミラー９、集光レンズ８の上面より見た曲率は、図（ａ）よりも小さい円弧でレーザ光５のレーザ走査軌道は直線に近似される。図（ｃ）は、図（ａ）と同様であるが、ミラー９、集光レンズ８の上面より見た曲率（あるいは焦点距離）は、（３）ボトムＲ部と（１）片Ｒ部との距離の違いに対応している。

図８は、第１実施形態の光学系の構成を示す上面図であり、１層光学系による（１）片Ｒ部の照射区間（図１、２参照）の照射例を示している。レーザ光源１０からのレーザ光５は、図３で示した１層光学系としてポリゴンミラー２１、固定ミラー２３を介して高速回転するポリゴンミラー６、７で反射してミラー９へ至る。ノッチ部４への照射は、図３で説明したものと同様である。

レーザ光源１０からのレーザ光５は、ポリゴンミラー２１、回転ミラー２２、ポリゴンミラー２４、固定ミラー２５、偏向ミラー２６の光路を介して２層光学系へ導かれる。また、レーザ光５は、ポリゴンミラー２１、回転ミラー２２、ポリゴンミラー２４、回転ミラー２７、回転ミラー２８、固定ミラー２９、偏向ミラー３０を介して３層光学系へ導かれる。さらに、回転ミラー２８で分岐されたレーザ光５は、固定ミラー３１、偏向ミラー３２を介して４層光学系へ導かれる。そして、回転ミラー２７で分岐されたレーザ光５は、固定ミラー３３、３４、偏向ミラー３５を介して５層光学系へ導かれる。

１～５層光学系への切替えは、ポリゴンミラー２１、２４の回転で行われる。また、ミラー９、集光レンズ８は、ポリゴンミラー７の回転中心を中心とする円弧に配置されている。したがって、ポリゴンミラー７の中心軸は、（１）片Ｒ部（図１、２参照）の円中心と一致している。

図９は１層光学系による（１）片Ｒ部への照射を説明する上面図、図１０は断面から見た説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は集光レンズ８の斜視図である。なお、図９は、ノッチ部４を見やすくするためポリゴンミラー６、７の大きさを小さく描いている。また、（１'）片Ｒ部の照射区間はノッチボトムとウエハ中心を通る線ｇで対称に、５層光学系として光学系を配置する。

図１０において、レーザ光５は、ミラー９により直角に折り返され、シリコンウエハ１の厚み方向に光軸をずらしてノッチ部４へ照射される。なお、（２）直線部の照射区間は、ミラー９の曲面を大きくし、レーザ走査軌道を直線に近づける。また、（２'）直線部の照射区間は、ノッチボトムとウエハ中心を通る線ｇで対称なので同様にする。

図１１は、２層光学系による（２）直線部への照射を説明する上面図である。偏向ミラー２６で２層光学系へ導かれたレーザ光５は、ミラー３６、ミラー３７、ビームスプリッタ３８を介してポリゴンミラー６へ導かれる。ノッチ部４への照射は、図３で説明したものと同様である。

ビームスプリッタ３８で分岐したレーザ光５は、２'層光学系へ導かれる。ポリゴンミラー７の中心軸は、（２）直線部の垂直二等分線ｆをウエハ中心を境界として左側に配置する。２'層光学系も同様であり、２'層光学系は、シリコンウエハ１を挟んで対称に配置する。つまり、２'層光学系は、２層光学系と鏡像対称となり、シリコンウエハ１を挟んで手のひらを合わせた関係となる。なお、３'層光学系、４'層光学系、５'層光学系も同様の関係の配置となる。

図１２は２層光学系と２'層光学系との関係を示す断面から見た説明図である。図１２において、ビームスプリッタ３８で分岐したレーザ光５は、一方が２層光学系（図１２で上側）へ、他方がミラー３９を介して２'層光学系（図１２で下側）へ導かれる。ノッチ部４への照射は、２層光学系、２'層光学系共に、図３で説明したものと同様に集光レンズ８を通って行われる。

図１３は、３層光学系による（３）ボトムＲ部への照射を説明する上面図である。偏向ミラー３０で３層光学系へ導かれたレーザ光５は、ミラー４０、ミラー４１、ビームスプリッタ４２を介してポリゴンミラー６へ導かれる。ノッチ部４への照射は、図３で説明したものと同様である。ビームスプリッタ４２で分岐したレーザ光５は、３'層光学系へ導かれる。ポリゴンミラー７の中心軸は、ノッチボトムの中心に配置する。３'層光学系も同様であり、３'層光学系は、シリコンウエハ１を挟んで対称に配置する。つまり、３'層光学系は、３層光学系と鏡像対称となり、シリコンウエハ１を挟んで手のひらを合わせた関係となる。

図１４は、断面で見た３層光学系と３'層光学系との関係を示す説明図である。図１４において、ビームスプリッタ４２で分岐したレーザ光５は、一方が３層光学系（図１４で上側）へ、他方がミラー４３を介して３'層光学系（図１４で下側）へ導かれる。ノッチ部４への照射は、３層光学系、３'層光学系共に、図３で説明したものと同様に集光レンズ８を通って行われる。

図１５は、姿勢制御手段１２（図６参照）の動作を説明する斜視図である。姿勢制御手段１２は、シリコンウエハ１をピッチ方向に回転させて、照射位置を図１（ｂ）で示した斜面Ｘ１、Ｘ２、端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２と切替える。シリコンウエハ１は、真空チャック等で固定する。姿勢制御手段１２は、ピッチ方向の回転軸を持つテーブルを図示のように回転させる。

そして、姿勢制御手段１２は、斜面Ｘ１、Ｘ２、端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２のいずれかにレーザ光５の入射が垂直になるようにシリコンウエハ１の姿勢を変える。シリコンウエハ１の姿勢が定まった状態で、位置調整機構（例えば、ウエハテーブル：図示せず）は、ＹとＺ方向にシリコンウエハ１を移動し照射距離と位置を調整する。

斜面Ｘ１、Ｘ２、端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２への照射は、連続的（１）片Ｒ部、（２）直線部、（３）ボトムＲ部（図１参照）に１ラインずつ照射を行う。同じ面の次のラインへの照射は、Ｚ軸で所定のスキャンピッチで送り照射していく。

図１６は、第２実施形態のレーザ光５の照射区間と光学系の階層の関係を説明する図である。第２実施形態は、照射エネルギを増加させるため、光学系の全体でレーザ光源１０、５１の２台とし、図３及び図４で示した光学系の基本構成を複数の階層に立体配置して構成される。例えば、第２実施形態は、（２）直線部の照射区間の照射にレーザ光源１０を２層光学系、レーザ光源５１を２'層光学系で別々に使用する。

したがって、第２実施形態は、レーザ光５を１～５層光学系の切替え手段１１と２'～５'層光学系の切替え手段５０、及びシリコンウエハ１をピッチ方向に回転させて、照射位置を図１（ｂ）で示した斜面Ｘ１、Ｘ２、端面Ｔ、Ｒ部Ｒ１、Ｒ２と切替える姿勢制御手段１２を備えている。以下、同様に、第２実施形態は、３層光学系と鏡像となる３'層光学系、４層光学系と鏡像となる４'層光学系、５層光学系と鏡像となる５'層光学系を配置する。なお、レーザ光源１０、５１は、２台に限らず、複数台を設けて、レーザ光源１０を適宜分岐して各光学系へ導いても良く、各階層ごとに設けても良い。

図１７は、第２実施形態の光学系の構成を示す上面図であり、２'層光学系による（２）直線部（図１、２参照）の照射を示している。なお、１層光学系は、第１実施形態と同様である。２'層光学系は、２層光学系とペアとなって（２）直線部を照射する。レーザ光源５１からのレーザ光５は、図４で示した２'層光学系としてポリゴンミラー５２、固定ミラー５３を介して高速回転するポリゴンミラー６、７で反射してミラー９へ至る。ノッチ部４への照射は、図４で説明したものと同様である。

レーザ光源５１からのレーザ光５は、ポリゴンミラー５２、回転ミラー５４、ポリゴンミラー５５、固定ミラー５６、偏向ミラー５７の光路を介して３'層光学系へ導かれる。また、レーザ光５は、ポリゴンミラー５２、回転ミラー５４、ポリゴンミラー５５、固定ミラー５８、回転ミラー６１、固定ミラー５９、偏向ミラー６０を介して４'層光学系へ導かれる。さらに、回転ミラー６１で分岐されたレーザ光５は、固定ミラー６３、偏向ミラー６２を介して５'層光学系へ導かれる。

図１８は、第２実施形態における２層光学系と２'層光学系との関係を示す断面説明図である。第２実施形態は、レーザ光源１０、５１を用いるので、第１実施形態のビームスプリッタ３８（図１２参照）が不要となる。レーザ光源１０からのレーザ光５が２層光学系（図１８で上側）へ、レーザ光源５１からのレーザ光５が２'層光学系（図１８で下側）へ導かれる。ノッチ部４への照射は、２層光学系、２'層光学系共に、図３で説明したものと同様に集光レンズ８を通って行われる。

図１９は、各実施形態におけるシステム構成を示すブロック図である。制御部７０は、レーザ光源１０（図３、８等参照）に対しては、照射部の結晶方位や形状に対応して照射条件を決定して照射の開始、停止、切替え、スキャンピッチ等を制御する。例えば、制御部７０は、照射箇所（ノッチ部４及びそれ以外）の結晶方位に対応した累積照射エネルギを決定してレーザ光５（例えば、ナノ秒パルスレーザ）を照射する。なお、制御部７０は、ナノ秒パルスレーザの照射と共に、ＣＷ（連続）レーザ照射を併用しても良い。

特に、シリコンウエハ１の上面２又は下面３、端面Ｔ、斜面Ｘ１、Ｘ２は、結晶方位が異なるので、結晶方位に対応した照射条件を定める。また、レーザ光源１０は、波長λ＝３５５、５３２、７８５ｎｍのいずれかのナノ秒パルスレーザが望ましい。そして、パルス幅１パルス当たりのエネルギは、０．５μジュールから３０μジュール、エネルギ密度が０．１２５Ｊ／ｃｍ^２から７．５Ｊ／ｃｍ^２が望ましい。

また、ナノ秒パルスレーザは、照射箇所の曲率に対応してエネルギ密度、スキャンピッチ、照射回数の少なくともいずれか一つを変えて照射する。例えば、必要な照射エネルギは、Ｓｉ（１１０）＞Ｓｉ（１００）＞Ｓｉ（１１１）の大小関係となり、結晶方位に対応した照射条件を定める。結晶方位に対応した照射条件は、Ｓｉ（１１０）面のエネルギは、Ｓｉ（１００）面のおおよそ１．３倍、Ｓｉ（１１１）面は、Ｓｉ（１００）面と同程度から０．７倍の照射エネルギとすることなどである。

また、制御部７０は、偏向素子（アクチェーター）７１として、ポリゴンミラー６、７等（図３等参照）、回転ミラー２２、２７、２８等（図８参照）をレーザ光５の照射区間、光学系の階層、スキャンピッチ、等の切替え等を制御する。さらに、制御部７０は、シリコンウエハ１の姿勢を姿勢制御手段１２（図６参照）へ指令して、ピッチ方向の回転、鉛直方向及び水平方向の位置を制御する。なお、ミラー９等（図３等参照）、集光レンズ８等は、固定である。

以上、集光レンズ８は、断面形状が平凸型で上面から見て曲面形状となった３次元曲面体であり、レーザ光５は、ノッチ部４へ集光する光学系を用いる。そして、偏向素子（アクチェーター）７１は、照射区間、光学系の階層、スキャンピッチ、等の切替え等を制御するので、ノッチ部４のように複雑な３次元形状であっても、高精度かつ連続的（処理部に切れ目なく）にレーザ走査することが可能となる。また、照射角度を変化させたり、レーザの種類を組み合わせたりして、結晶方位や表面のうねりなどの局所的な様相（状態）に好適な条件で高品質で高速な表面処理を行うことが可能となる。

１…シリコンウエハ
２…上面
３…下面
４…ノッチ部
５…レーザ光
６、７、２１、２４、５２、５５…ポリゴンミラー
８…集光レンズ
９、３６、３７、３９、４０、４１、４３…ミラー
１０、５１…レーザ光源
１１、５０…切替え手段
１２…姿勢制御手段
２２、２７、２８、５４、６１…回転ミラー
２３、２５、２９、３１、３３、３４、５３、５６、５８、５９、６３…固定ミラー
２６、３０、３２、３５、５７、６０、６２…偏向ミラー
３８、４２…ビームスプリッタ
７０…制御部
７１…偏向素子
Ｔ…端面
Ｘ１、Ｘ２…斜面
Ｒ１、Ｒ２…Ｒ部
ｆ…垂直二等分線

Claims (11)

1. レーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質装置において、
   レーザ光源からのレーザ光をノッチ部へ照射する光学系を有し、
   前記光学系は、
   前記レーザ光を複数回反射して折り返すように組み合わせられた凹面鏡となる円弧型であるミラーへ導くポリゴンミラーと、
   断面形状が平凸型で平面視で円弧状に形成された３次元曲面体である集光レンズと、
   を備え、前記レーザ光は前記ポリゴンミラーで反射して前記ミラーの前記組み合わせの一方側に入射し、他方側で反射して前記集光レンズへ至り、前記レーザ光を前記ノッチ部へ集光し、前記ポリゴンミラーが回転することで前記ノッチ部へ前記レーザ光を走査して照射することを特徴とするウエハエッジ部の改質装置。
2. 前記レーザ光の光軸は、前記ミラーによってウエハの厚み方向にずらされて、前記厚み方向に重なる階層ごとに配置された前記光学系に導かれ、前記ノッチ部を構成する複数の照射区間のそれぞれに対して、対応する前記階層から照射される、請求項１に記載のウエハエッジ部の改質装置。
3. 前記ノッチ部の照射区間を（１）片Ｒ部、（２）直線部、（３）ボトムＲ部、前記（２）直線部と傾き方向が異なる（２'）直線部、前記（１）片Ｒ部と対称の（１'）片Ｒ部に分け、前記光学系は３次元的に複数の階層ごとに構成され、前記レーザ光は前記階層ごとの前記光学系で前記照射区間ごとに照射されることを特徴とする請求項１に記載のウエハエッジ部の改質装置。
4. 前記レーザ光を前記階層ごとの前記光学系で前記照射区間ごとに照射するよう照射位置を制御する姿勢制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のウエハエッジ部の改質装置。
5. 前記照射区間である前記（２）直線部、前記（２'）直線部は、前記ミラーと前記ポリゴンミラーとの回転中心間の距離を大きくしてレーザ走査軌道が直線近似されることを特徴とする請求項３又は４に記載のウエハエッジ部の改質装置。
6. 前記ノッチ部の結晶方位に対応した累積照射エネルギを決定して前記レーザ光を前記照射することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のウエハエッジ部の改質装置。
7. 前記ノッチ部の曲率に対応してエネルギ密度、スキャンピッチ、照射回数の少なくともいずれか一つを変えて前記照射することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のウエハエッジ部の改質装置。
8. 前記レーザ光は、ナノ秒パルスレーザの前記照射と共に、ＣＷ（連続）レーザ照射が併用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のウエハエッジ部の改質装置。
9. レーザ熱処理を用いたウエハエッジ部の改質方法であって、
   レーザ光を複数回反射して折り返すように組み合わせられた凹面鏡となる円弧型であるミラーへ導くポリゴンミラーと、
   断面形状が平凸型で平面視で円弧状に形成された３次元曲面体である集光レンズと、
   を備えた光学系を用いて、前記レーザ光を前記ポリゴンミラーで反射して前記ミラーの前記組み合わせの一方側に入射し、他方側で反射して前記集光レンズでノッチ部へ集光し、前記ポリゴンミラーを回転させることで前記ノッチ部へ前記レーザ光を走査して照射することを特徴とするウエハエッジ部の改質方法。
10. 前記レーザ光の光軸は、前記ミラーによってウエハの厚み方向にずらされて、前記厚み方向に重なる階層ごとに配置された前記光学系に導かれ、前記ノッチ部を構成する複数の照射区間のそれぞれに対して、対応する前記階層から照射される、請求項９に記載のウエハエッジ部の改質方法。
11. 前記ノッチ部の照射区間を（１）片Ｒ部、（２）直線部、（３）ボトムＲ部、前記（２）直線部と傾き方向が異なる（２'）直線部、前記（１）片Ｒ部と対称の（１'）片Ｒ部に分け、前記光学系は各前記照射区間に対応して複数の階層に立体配置され、前記レーザ光は前記階層ごとの前記光学系で前記照射区間ごとに照射することを特徴とする請求項９に記載のウエハエッジ部の改質方法。

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