JPH01146387A

JPH01146387A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH01146387A
Application number: JP62305279A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishimura; 正西村; Hiromi Kumagai; 熊谷　浩洋; Shimao Yoneyama; 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: 1989-06-08
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2530468B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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届所的に供給する
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ェ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ＳＱＬ
　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）技術
等のアニール処理装置があり、特開昭６１−２８９６１
７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６１−２８９
６１７号等では、レーザ光のパワー測定や、被処理面の
再結晶化過程の直接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−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−や光フィルターを
用いて光を減衰させると、ハーフミラ−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−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的りゃレーザ光の波面
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
の干渉や光路的り等を防止して、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）本発明は、レーザ光の光路に反射率を変更することが可
能な反射型の光減衰器を設けたことを特徴とする。

（作　用）本発明の半導体製造装置では、レーザ光の光路に反射率
を変更することが可能な反射型の光減衰器、例えば複数
の反射率の違う鏡を平行移動により切り換えることで、
光減衰器の反射率の変更を行うことにより、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、レーザ光の干渉や光路的りやレ
ーザ光の波面の乱れや拡散等が防止できる。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。このことで、レーザ
光の調整等が正確で容易に行える。

（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ＡＱ製チャ
ンバ■が設けられ、このチャンバω内には。

被処理基板例えば半導体ウェハ■の縁を押えることによ
り、半導体ウェハ■を被処理面が下向きとなる様に保持
する設置台■と、半導体ウェハ■を約５００℃程度に予
備加熱する反射板（４）を備えた複数のＩＲランプ（ｉ
ｎｆｒａｒｅｄ　ｒａｙ　ｌａｍｐ）（５）が設けられ
ている。

また、チャンバ■の半導体ウェハ■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■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１８　Ｗ　Ａ　ｒ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）例えば鎖目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
光を取扱し、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
ＡＱ１３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−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、全反射タイプの匁（ｌｌａ）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■下方までレーザ光
を送光可能な如く全反射タイプの鏡（ｌｌｂ〜ｌ１ｆ）
が設置されている。

このチャンバ■下方まで送光されたレーザ光を窓０を通
して半導体ウェハ■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）例えば鎖目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ｆθ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ェハ
■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■が開かれ。

図示しないハンドアームで半導体ウェハ■をチャンバω
内に搬入する。ここで、半導体ウェハ■は、例えばウェ
ハ■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、ウェハ■を被処理面を下向き
にしてチャンバ（υ内に搬入し、チャンバω内の設置台
■にウェハ■のｍ５ｍｍ程度を挟持して、設置台■に下
向きに保持する。この時、半導体ウェハ■の予備加熱を
行うと、熱膨張によるウェハ■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■を閉じ
る。

そして、反射板（４）とＩＲランプ■で半導体ウェハ■
が５００℃程度となる様に加熱してがらレーザ光による
アニール処理を行う。このＩＲランプ■による均一な加
熱により、レーザ光の居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■内に例えばＮ２のガスバ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
の回動機構は鎖目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１０ｍ
５ｅｃ程度という高速シャッタなので、半導体ウェハ■
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、半導体ウェハ■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、ウェハ■をより窩温例えば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（ｌｌａ）と偏光プリズム（
１２）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ｆｉ（ｌｌｂ〜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％反尉して９９％を透過し吸収する１％反射鏡
（３））を、例えばリニアガイド（３２）とエアシリン
ダ（３３）を用いた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、１００％。

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（３））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ｊ！　（３０）と１％反射ｆｉ（３）
）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・調整が困雅であったり、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〜１ｌｆ）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０を通して半導体ウェハ■上を
Ｘ方向に走査し、同様に、Ｘ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、半導体ウェハ■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
半導体ウェハ■上で、６０μｍ〜３００μｍ程度のビー
ム径となり。

半導体ウェハ■の被処理面の温度は例えば１０００℃以
上になる。この熱により、ウェハ（２）のアニール処理
が行なわれ、Ｘ方向走査機構（１５）とＸ方向走査機構
（１６）でウェハ■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■が開かれ、図示
しないハンドアームで半導体ウエノＸ■をチャンバω外
に搬出し、処理が完了する。

上記実施例の遮断部（８ａ、　８ｂ）は、鎖目転式シャ
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、０
．モジュレータやＥ、０．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ＡＱ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し）。

そして、上記実施例では、ビームエキスパンダ（ｌｏａ
、　ＬＯｂ）で−旦ビーム径を拡大してｆθレンズ（１
７）で絞り込んだが、半導体ウェハ■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
ズを用いてウェハ■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１反射率や切換え方法や設定個数は上
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Ｘ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
ク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、半導体ウェハ■
を気密なチャンバ（ト）内で、ＩＲランプ■で予備加熱
し、窓（０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
（３０，３））を平行移動で切り換える光減衰器（１３
ａ、　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向り等を防止して、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、レーザ光の光路に
反射率を変更することが可能な反射型の光減衰器を設け
たことにより、レーザ光の屈折による透化光路の変化や
波長による回折角の変化やレーザ光の波長の分散効果に
よる散乱を防止した。

確実なレーザ光の消灯・点灯の切り換えを実現でき、熱
による遮蔽部等の破損や、周辺部の光学系や高精度ステ
ージ等への熱影響を防止できる。

【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
のアニール処理を薗単に示すフロー図である。図において、１・・・チャンバ　　　　　２・・・半導体ウェハ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
　　　　２ｏ・・・反射鏡２１・・・孔　　　　　　　
　３０・・・１００％反射鏡３）・・・１％反射鏡第１図第２図第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光を被処理基板の被処理面に照射して処理
を行う半導体製造装置において、上記レーザ光の光路に
反射率を変更することが可能な反射型の光減衰器を設け
たことを特徴とする半導体製造装置。
（２）光減衰器の反射率の変更は、複数の反射率の違う
鏡を切り換えることにより行う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。
（３）鏡の切り換えは、平行移動により行うことを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載の半導体製造装置。
（４）処理はアニール処理であ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。