JPH01146388A - Production device for semiconductor - Google Patents

Production device for semiconductor

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JPH01146388A
JPH01146388A JP87305282A JP30528287A JPH01146388A JP H01146388 A JPH01146388 A JP H01146388A JP 87305282 A JP87305282 A JP 87305282A JP 30528287 A JP30528287 A JP 30528287A JP H01146388 A JPH01146388 A JP H01146388A
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lens
laser
lenses
quality
semiconductor manufacturing
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Tadashi Nishimura
正 西村
Hiromi Kumagai
熊谷 浩洋
Shimao Yoneyama
詩麻夫 米山
Masao Shinno
雅夫 新野
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Tokyo Electron Ltd
Kowa Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
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Tokyo Electron Ltd
Kowa Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To compensate for the aberration of laser beams having a plurality of wavelengths, to prevent the change of optical length due to the absorption of laser beams and to obtain a device capable of positively treating a semiconductor, etc., by laser beams stably by using a lens displaying the properties of two kinds or more of athermal having different Abbe's number as an optical system lens. CONSTITUTION:In a semiconductor production device irradiating the surface to be treated of a substrate to be treated 2 with laser beams guided by an optical system and treating the surface, lenses displaying the properties of two kinds or more of athermal having different Abbe's number are employed as lenses 10a, 10b, 17 for said optical system. The lenses 10a, 10b such as beam expanders 10a, 10b install ed onto the optical path of a laser annealing device synthesizing two laser beams and conducting annealing are composed of a negative lens 25 having the quality of the material of FK01, a positive lens 26 having the quality of, the material of ATF4, a negative lens 27 having the quality of the material of ATF4 and a positive lens 28 having the quality of the material of FK01. The ftheta lens 17 for condensing is constituted of positive lenses 40, 42 having the quality of the material of ATF4, a negative lens 41 having the quality of the material of FK01, negative lenses 43, 44, 46 having the quality of the material of ATF4, and positive lenses 45, 47 having the quality of the material of FK01.

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。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus using laser light.

(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積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。
(Prior art) Energy beam irradiation technology that can locally supply high-density power in a short period of time has been researched and developed as an alternative to semiconductor manufacturing equipment that uses electric furnaces, etc.
Research has even progressed into devices aimed at creating three-dimensional integrated circuits. This energy beam irradiation technology includes methods that use laser beams and methods that use electron beams. In particular, laser beams are used for processing various semiconductors because they cause less damage and thermal distortion to semiconductor wafers. There is.

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S
OI (Silicon on In5ulator)
技術等のアニール処理装置があり、特公昭62−275
32号や特開昭61−289617号等に開示される。
Processing using this laser beam involves irradiation damage caused by ion implantation, activation of implanted impurities, and recrystallization of polycrystalline silicon to produce single crystal silicon.
OI (Silicon on In5ulator)
There is annealing processing equipment such as technology,
No. 32 and Japanese Patent Application Laid-open No. 61-289617.

また。Also.

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。
There is a CVD processing apparatus that selectively forms a film on a semiconductor substrate using a laser beam, and is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-53017 and the like.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記装置等の従来のレーザ光学系は、単
色光に対する収差補正しが行っなておらず、複数の波長
を含むレーザ光例えばArレーザの波長全域における色
収差の補正等は行なわれていなかったので、それぞれの
波長に対する焦点距離の違いが生じ、理想的な集光やコ
リメートができなくなり、レーザ光出力が有効に使われ
ず、レーザ光出力の損失が大きかった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, conventional laser optical systems such as the above device do not correct aberrations for monochromatic light, and do not correct aberrations for laser light including multiple wavelengths, such as Ar laser, over the entire wavelength range. Since no corrections were made for chromatic aberrations, there were differences in the focal length for each wavelength, making it impossible to ideally focus and collimate light, resulting in the laser light output not being used effectively and resulting in a large loss of laser light output. Ta.

また、レーザ光学系のレンズを通常の光学レンズ、例え
ば光学ガラスの中で最も普通に使われ。
In addition, the lens of the laser optical system can be used as a normal optical lens, such as optical glass, which is the most commonly used lens.

かつ最も多量に作られる安定な光学ガラスのBK7やF
2等を用いていたため、レーザ光出力が大きいとレーザ
光の吸収等からレンズの熱膨張により光路長の変化が発
生し、レーザ出力と変化させると。
BK7 and F are the most stable optical glasses produced in large quantities.
2, etc., when the laser light output is large, the optical path length changes due to thermal expansion of the lens due to absorption of the laser light, etc., and when the laser output is changed.

焦点距離が変化してビームスポット径に影響を与えてい
た。
The focal length changed, which affected the beam spot diameter.

そこで、上記収差補正と光路長変化の問題により、レー
ザビームを用いた処理を行う時に、ビームスポット径が
大きくなるのでレーザ光損失が大きくなり、被処理面で
所望のレーザビーム出力とパワー密度が得られないとい
う問題や、ビームスポット径等の調整後にレーザ光出力
を上げるとビームスポット径等が変化して、所望の大き
さで所望の出力のレーザビームを作れず、レーザビーム
も不安定になるという問題があった。
Therefore, due to the above-mentioned problems of aberration correction and optical path length change, when processing using a laser beam, the beam spot diameter becomes large, resulting in large laser light loss and the desired laser beam output and power density on the surface to be processed. If you increase the laser light output after adjusting the beam spot diameter, etc., the beam spot diameter etc. will change, making it impossible to create a laser beam of the desired size and output, and the laser beam may also become unstable. There was a problem.

本発明は、上記点に対処してなされたもので、複数の波
長を有するレーザ光の収差補正を可能とし、レーザ光吸
収による光路長変化を防止して、レーザ光による半導体
等の処理を確実に安定して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。
The present invention has been made in response to the above-mentioned problems, and makes it possible to correct aberrations of laser beams having multiple wavelengths, prevent changes in optical path length due to absorption of laser beams, and ensure processing of semiconductors, etc. with laser beams. It is an object of the present invention to provide a semiconductor manufacturing apparatus that can stably perform semiconductor manufacturing.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、光学系のレンズをアツベ数の異なる2種以上
のアサーマルの性質を示すレンズを用いたことを特徴と
する。
(Means for Solving the Problems) The present invention is characterized in that two or more types of lenses exhibiting athermal properties having different Atbe numbers are used as the lenses of the optical system.

(作 用) L/−+F’光の光学系のレンズをアツベ(abbe)
 数の異なる2種以上の材質で構成することにより、複
数の波長を有するレーザ光例えばArレーザの収差補正
例えば色収差補正を可能とする。そして、このレンズの
材質をアサーマルガラス(athermalglass
)としたことにより、レーザ光の吸収によるレンズの熱
変化が防止でき、レーザ光出力の変化による光路長変化
の発生を防ぐことができ、所望の光学的性能を実現可能
とするものである。
(Function) Abbe the lens of the optical system of L/-+F' light.
By using two or more different materials, it is possible to correct aberrations, such as chromatic aberration, of laser beams having a plurality of wavelengths, such as Ar laser. The material of this lens is athermal glass.
), it is possible to prevent thermal changes in the lens due to absorption of laser light, it is possible to prevent changes in optical path length due to changes in laser light output, and it is possible to achieve desired optical performance.

(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。
(Example) Hereinafter, an example in which the apparatus of the present invention is applied to a laser annealing apparatus that performs annealing by combining two laser beams in a semiconductor manufacturing process will be described with reference to the drawings.

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(infra
red ray lamp)(5)が設けられている。
An airtight AQ chamber (■) that can be opened and closed by an opening/closing mechanism (not shown) is provided in this chamber (ω), and by pressing the edge of a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer (■), the semiconductor wafer (■) can be placed with the surface to be processed facing downward. A plurality of IR lamps (infrared lamps) equipped with an installation stand (2) to hold the semiconductor wafer (3) at a temperature of approximately 500°C, and a reflector (4) to preheat the semiconductor wafer
A red ray lamp (5) is provided.

また、チャンバω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0が設けられてい
る。
Further, a window 0 made of a material that transmits laser light, such as quartz glass, is provided below the semiconductor wafer 1 in the chamber ω.

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、この遮断部の鏡を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AQ
WJヒートシンクが設けられている。そして、遮断部で
遮断されず通過してきたレーザ光は、処理時のビーム径
を変換して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、構成するレンズがアツベ(
abbe)数の異なる2種以上のアサーマル(athe
rmal)の性質を示すレンズを用いたビームエキスパ
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。
Two laser oscillators (7a, 7b), for example, 18 WAr ion lasers, are provided to output high-output laser light. On each optical path of this output laser light, a blocking section (8a,
8b) For example, a galvano scanner is provided as a mirror rotating shutter, and a cooling section (9a, 9b), for example, made of black alumite, absorbs the laser beam reflected by the mirror of this blocking section and cools it by water cooling, forced air cooling, or natural air cooling. Processed AQ
A WJ heat sink is provided. The laser light that has passed through without being blocked by the blocking part can be converted to a beam diameter during processing and narrowed down to a beam diameter suitable for annealing processing, such as the minimum.
two or more types of athermal (athe) with different numbers
Beam expanders (10a, 10b) using lenses exhibiting properties of
) is installed on the optical path.

そこから、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(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。
From there, a total reflection type mirror (lla) and a polarizing prism (1
2) A prism made of, for example, BK7A is provided.

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1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(11b〜11f)
が設置されている。
In addition, in order to adjust the beam profile of the combined laser beam, two reflective optical attenuators (13a, 13b) are provided, which can be switched between, for example, 100% reflection and 1% reflection. Then, a total reflection type mirror (11b to 11f) that can transmit the laser beam to the bottom of the chamber ■
is installed.

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。
The laser beam transmitted to the bottom of this chamber 1 can be scanned onto the semiconductor wafer 2 through the window 0.

走査部(14)が設られている。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の走査時に走査速度がレン
ズの中央と周辺で一定な様に、構成するレンズがアツベ
数の異なる2種以上のアサーマルの性質を示すレンズを
用いたfθレンズ(17)もY方向走査機構(16)上
に設られている。
A scanning section (14) is provided. In the scanning section (14),
An X-direction scanning mechanism (15), for example, a galvano scanner, which is a chain-link type scanning mechanism, is installed on a Y-direction scanning mechanism (16), for example, a 1-axis precision stage using a ball screw capable of fine-feeding with high precision. There is. Then, the X direction scanning mechanism (
An f-theta lens (15) is constructed using two or more types of lenses exhibiting athermal properties with different Atbe numbers, so that the scanning speed is constant at the center and periphery of the lens during scanning with the laser beam scanned in (15). ) is also provided on the Y-direction scanning mechanism (16).

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。
The operation and settings of the laser annealing apparatus having the above configuration are controlled by a control section (not shown).

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。
Next, a method of annealing semiconductor wafer (1) using the above-mentioned laser annealing apparatus will be explained.

図示しない開閉機構によりチャンバ■が開かれ。Chamber (2) is opened by an opening/closing mechanism (not shown).

図示しないハンドアーム半導体ウェハ■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。
A hand arm (not shown) carries the semiconductor wafer (2) into the chamber (ω). Here, the center alignment and orientation flat alignment of the semiconductor wafer (2) have been performed in advance by, for example, detecting and calculating the edges of the wafer (2) at three or more points using photodiodes or the like. and.

ウェハ■を被処理面を下向きにしてチャンバω内に搬入
し、チャンバω内の設置台■にウェハ■の縁5ml11
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。
Load the wafer ■ into the chamber ω with the surface to be processed facing downward, and place 5 ml of the edge of the wafer ■ on the installation stand ■ in the chamber ω.
Hold it facing down on the installation stand (■). At this time, if the semiconductor wafer (2) is preheated, damage to the wafer (2) due to thermal expansion can be prevented.

それから、図示しない開閉機構によりチャンバのを閉じ
る。
Then, the chamber is closed by an opening/closing mechanism (not shown).

そして、反射板(イ)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からレーザ光による
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ω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。
Then, the semiconductor wafer ■ with the reflector (a) and the IR lamp ■
After heating to a temperature of about 500° C., annealing treatment using laser light is performed. Uniform heating by the IR lamp (2) can prevent thermal distortion caused by local heat generation from the laser beam. Further, during the annealing process, temperature uniformity can be further improved if a gas purge of, for example, N2 is performed in the chamber ω.

この時読に、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、レーザー光は第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。
At this time, the two laser oscillators (7a, 7b) are stabilized in a high output state, and the laser beam is reflected by the reflecting mirror (20) of the blocking part (8) as shown in Figure 2, and the laser beam is cooled. Section (9) For example, the heat of the laser beam is absorbed by a heat sink and is cooled by natural cooling. During the laser beam annealing process, the reflecting mirror (20) rotates parallel to the laser beam and irradiates the laser beam from the hole (21).

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10
+++sec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。
This rotation mechanism is a galvano scanner, which is a mirror rotating shutter, and it takes 10 degrees to rotate an angle of about 20 degrees.
Since it is a high-speed shutter of about +++ seconds, it can be annealed on semiconductor wafers.

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■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。
It will not have any negative impact on. Additionally, as shown in Figure 3, if an emergency cut-off mirror (22) is installed so that it rises to block the laser beam when the power is turned off, accidents caused by the laser beam can be prevented even in the event of a power outage. be able to. By providing the cutoff section (8) and the cooling section ■, it is possible to reliably convert the laser output between 0% and 100% at high speed while keeping the output of the laser oscillators (7a, 7b) at high output. It is possible to prevent the adverse effects of heat on the surrounding area, and it is possible to turn on and off a high-power laser at low cost.

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。このビームエ
キスパンダ(10a、 10b)は第4図に示す如く、
例えば、材質FKOIで負のレンズ(25)、材質AT
F4で正のレンズ(26)、材質ATF4で負のレンズ
(27)、材質FKOIで正のレンズ(28)で構成さ
れる。このFKOIは、クラウンガラス系であり、物体
の屈折の度合いを示す屈折率nd=1.49700、分
散の度合いを示すアツベ数v@ =81.6、線膨張係
数a = 127 X 10””、屈折率温度係数dn
/dT =−5,4X 10−’、光路長温度係数ds
/dT=o、91 X 10−’である。ここで、光路
長温度係数ds/dTは、n 鎚=(nd−1)α十訂 T で求められ、屈折率温度係数はLorentz −Lo
renzの式から導びかれる。また、ATF4は、フリ
ントガラス系であり、屈折率nd=1.65376、ア
ツベ数Vd=44.7、線膨張係数α= 117 X 
10″′7、屈折率温度係数dn/dT=−6,5X1
0−’、光路長温度係数ds/dT= 1.15 X 
10’″!である。そして、アサーマルガラスとは、屈
折率温度係数dn/dT<Oの為、光路長温度係数ds
/dTがほぼOのガラス材料で、温度変化を伴う光学系
では光路、長が温度によって変化せず、焦点距離が変化
しないという効果がある。よって、上記FKOIとAT
F4は、このアサーマルな性質を示すアサーマルガラス
である。因みに、光学ガラスの中で最も使用されている
Bに7はds/dT =6.62X 10−’で、 F
2はds/dT=8.79X10−’である。また、ア
ツベ数の異なる2種以上のレンズ(25〜28)で構成
しているので、複数の波長を有するレーザ光例えばAr
レーザの波長457.4〜514.5nm全域での色収
差補正を可能としている。即ち、レーザ光出力の変化に
よる光路長変化がほぼ0のアサーマルガラスの正と負の
レンズ(25〜28)で、アツベ数の異なる材質を組合
わせることにより、光学系の収差補正を行い、レーザ出
力の変化によるビームスポットの変化や焦点距離の変化
によるレーザ光出力の損失を防止し、安定した所望の処
理用レーザビームが実現でき、レーザ光による半導体ウ
ェハ■のアニールを確実に安定して行うことができる。
Then, the laser light that has passed through the blocking parts (8a, 8b) for annealing is transferred to a beam expander (10a, 8b).
, 10b), the beam diameter is once expanded to about three times. This is done in order to further narrow down the beam onto the semiconductor wafer (1) to obtain a beam diameter suitable for annealing treatment, thereby making it possible to anneal the wafer (2) at a higher temperature, for example, 1000° C. or higher. These beam expanders (10a, 10b) are as shown in FIG.
For example, a negative lens (25) with material FKOI, material AT
It consists of a positive lens (26) with F4, a negative lens (27) with material ATF4, and a positive lens (28) with material FKOI. This FKOI is a crown glass type, and has a refractive index nd = 1.49700, which indicates the degree of refraction of an object, an Atsube number v @ = 81.6, which indicates the degree of dispersion, and a linear expansion coefficient a = 127 x 10''. refractive index temperature coefficient dn
/dT = -5,4X 10-', optical path length temperature coefficient ds
/dT=o, 91×10-'. Here, the optical path length temperature coefficient ds/dT is determined by n hammer = (nd-1) α10T, and the refractive index temperature coefficient is determined by Lorentz −Lorentz
It is derived from the renz formula. In addition, ATF4 is a flint glass type, and has a refractive index nd = 1.65376, an Atsube number Vd = 44.7, and a linear expansion coefficient α = 117
10″'7, refractive index temperature coefficient dn/dT=-6,5X1
0-', optical path length temperature coefficient ds/dT = 1.15 X
10'''! Since athermal glass has a refractive index temperature coefficient dn/dT<O, the optical path length temperature coefficient ds
A glass material with a /dT of approximately O has the effect that in an optical system that involves temperature changes, the optical path and length do not change with temperature, and the focal length does not change. Therefore, the above FKOI and AT
F4 is an athermal glass exhibiting this athermal property. By the way, B 7, which is the most used optical glass, has ds/dT = 6.62X 10-' and F
2 is ds/dT=8.79X10-'. In addition, since it is composed of two or more types of lenses (25 to 28) with different numbers of lenses, laser beams with multiple wavelengths, such as Ar
It is possible to correct chromatic aberration over the entire laser wavelength range of 457.4 to 514.5 nm. In other words, the aberrations of the optical system are corrected by combining the positive and negative lenses (25 to 28) made of athermal glass with which the optical path length change due to the change in laser light output is almost 0, and the materials with different Atsube numbers. Prevents loss of laser light output due to changes in beam spot due to changes in output or changes in focal length, enables stable desired processing laser beams, and ensures stable annealing of semiconductor wafers with laser light be able to.

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
、レーザ光を鏡(llb−11f)を用いて走査部(1
4)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5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fi (3
0)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(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、回転移動で行なっても
よい。そして1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。
Next, the two laser beams are connected to a mirror (lla) and a polarizing prism (
12) to create a desired beam profile, and send the laser beam to the scanning section (11) using a mirror (llb-11f).
4) Send to. At this time, when adjusting the beam profile etc., the laser light output is attenuated using optical attenuators (13a, 13b). Optical attenuator (13a, 13b)
As shown in Figure 5, the mechanism of 100% reflection fi (3
0) and a 1% reflecting mirror (31) that reflects 1% and transmits and absorbs 99% by parallel movement using a parallel movement mechanism using, for example, a linear guide (32) and an air cylinder (33). , the laser output is attenuated to 100% and 1%. Further, this switching may be performed by rotational movement. In this embodiment, two optical attenuators (13a
, 13b), 100%, 1%, 0
.. This enables laser output attenuation of 0.1%.

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
渉や光路的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。
This achieves the desired attenuation rate required for each adjustment. Furthermore, since the 1% reflecting mirror (31) transmits and absorbs 99% of the laser light, a heat sink (not shown) for cooling is provided on the back surface to prevent heat influence on the surrounding area. and,
By using the reflective optical attenuator (13a, 13b) using the 100% reflective mirror (30) and the 1% reflective mirror (31), interference of laser light that occurs in a transmission type optical attenuation mechanism, etc. Optical path misalignment, laser beam diffusion, wavefront disturbance, etc. can be prevented. In addition, when performing optical attenuation in two or more stages as in this example, in the transmission type optical attenuation, it is necessary to create a parallel plane plate that is precise and parallel and can transmit the laser beam. -Although adjustment was difficult and required optical path correction using, for example, an optical path correction plate, the above-mentioned problems were solved by adopting a reflective type, and a highly accurate optical attenuation mechanism could be easily realized.

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シリンダ17)で、所
望の一定速度となり、窓■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。
Then, the laser beam whose beam profile and optical axis have been adjusted is sent to the scanning unit (14) using mirrors (11b to 11f).
Send light to. Here, the laser beam is transmitted by the X-direction scanning mechanism (15)
For example, a galvanometer scanner and an fθ cylinder 17) are used to obtain a desired constant speed, and the semiconductor wafer (2) is scanned in the X direction through the window (1), and similarly, by an X direction scanning mechanism (16), for example, a single-axis precision stage.

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シリンダ17)
で絞り込まれたレーザ光は半導体ウェハ■上で、60μ
m〜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tooo℃以上になる。この
熱により、ウェハ■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。
The semiconductor wafer (2) is scanned in the Y direction by a desired continuous scan or step scan. And fθ cylinder 17)
The focused laser beam is placed on a semiconductor wafer with a diameter of 60μ.
The beam diameter is approximately 300 μm, and the semiconductor wafer ■
The temperature of the surface to be processed becomes, for example, more than 0.degree. This heat performs an annealing process on the wafer (2), and the X-direction scanning mechanism (15) and the X-direction scanning mechanism (16)
The annealing process is completed by scanning a desired portion or the entire surface of the substrate.

ここで、レーザ光を半導体ウェハ■上に集光するfθシ
リンダ17)は、第6図に示す如く1例えば、材質AT
F4で正のレンズ(40)、材質FKOIで負のレンズ
(41)、材質ATF4で正のレンズ(42)、材質A
TF4で負のレンズ(43)、材質ATF4で負のレン
ズ(44)、材質FKOIで正のレンズ(45)、材質
ATF4で負のレンズ(46)、材質FKOIで正のレ
ンズ(47)で構成される。
Here, as shown in FIG. 6, the fθ cylinder 17) that focuses the laser beam onto the semiconductor wafer
Positive lens (40) at F4, negative lens (41) at material FKOI, positive lens (42) at material ATF4, material A
Consists of a negative lens (43) with TF4, a negative lens (44) with material ATF4, a positive lens (45) with material FKOI, a negative lens (46) with material ATF4, and a positive lens (47) with material FKOI. be done.

このfθシリンダ17)もビームエキスパンダ(10a
This fθ cylinder 17) is also a beam expander (10a
.

10b)と同様に、レーザ光出力の変化による光路長変
化がほぼ0のアサーマルの性質を示すレンズ(40〜4
7)で、アツベ数の異なる材質を組合わせである。
10b), a lens (40 to 4
7) is a combination of materials with different Atsube numbers.

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ェハ■をチャンバω外に
搬出し、処理が完了する。
Next, after the laser beam is blocked by the blocking portions (8a, 8b), the chamber (2) is opened by an opening/closing mechanism (not shown), and the semiconductor wafer (2) is carried out of the chamber (ω) by a hand arm (not shown), and the processing is completed.

上記実施例の遮断部(8a、 8b)は、I!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も遮断してもよく、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。
The blocking portions (8a, 8b) of the above embodiment are I! I explained using a galvano scanner as a rotating shutter, but
It is sufficient if the optical path can be blocked by a mirror, the mirror may be attached to a rotary cylinder or rotary solenoid, or the optical path can also be blocked by moving a mirror at high speed in a straight line.
0. Modulator, E, 0. Needless to say, a modulator or the like may be used.

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。
Furthermore, the cooling parts (9a, 9b) in the above embodiment were explained using an air-cooled black alumite-treated aluminum heat sink, but if the cooling part (9a, 9b) could be cooled by absorbing the laser light reflected from the blocking part (8a, 8b), Any method may be used, such as a water cooling method using cooling water or forced air cooling using a fan, and is not limited to the above embodiments.

そして、上記実施例では、ビームエキスパンダ(loa
、 1Ob)で−旦ビーム径を拡大してfθシリンダ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。
In the above embodiment, the beam expander (loa
, 1Ob) - once the beam diameter is expanded and fθ cylinder 1
7), but as long as the desired beam diameter and beam output can be obtained on the semiconductor wafer ■, the laser oscillator (7a
, 7b) may be used as is and focused onto the wafer (2) using a lens.

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、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
In addition, in the above embodiment, parallel displacement switching type optical attenuators (13a, 13b) for 100% reflection and 1% reflection were set at two locations, but the reflectance, switching method, and number of settings are the same as in the above embodiment. Needless to say, it is not limited.

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。
Next, in the scanning section (14) of the above embodiment, the X-direction scanning mechanism (15) and the X-direction scanning mechanism (16) were explained using a galvano scanner and a 1-axis precision stage. Any method is fine as long as it is a rask scan method or a vector scan method, X-Y
A stage may be used, a polygon mirror and a uniaxial stage may be used in combination, two galvano scanners may be used, and the present invention is not limited to the above embodiments.

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。
In the above embodiment, a laser annealing apparatus that performs annealing by combining two laser beams was used, but any semiconductor manufacturing apparatus that processes a substrate using laser beams may be used. The number of laser beams used may be one or more, and the processing may be CvD processing or mask repair processing, and it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments.

また、上記実施例では、光学系のfθシリンダ17)を
構成するレンズ(40〜47)とビームエキスパンダ(
10a、 10b)を構成するレンズ(25〜28)の
材質をFKOIとATF4を用いて説明したが、温度変
化にょる光路長変化がほぼ0のアサーマルの性質を示す
ガラスで、アツベ数の異なる2種以上の材質で構成され
ていればよく、 また、f−5inθレンズや普通のレ
ンズを構成するレンズに用いてもよく。
Further, in the above embodiment, the lenses (40 to 47) constituting the fθ cylinder 17) of the optical system and the beam expander (
The materials of the lenses (25 to 28) constituting lenses 10a and 10b) have been explained using FKOI and ATF4, but they are glass that exhibits athermal properties in which the change in optical path length due to temperature change is almost 0, and two different materials with different Atsube numbers are used. It is sufficient that the material is made of a material of at least 100% or more, and may be used for lenses constituting an f-5inθ lens or an ordinary lens.

上記実施例に限定されるものではない。The present invention is not limited to the above embodiments.

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ω内でIRランプ0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、こ
のレーザ光を案内する光学系のビームエキスパンダ(1
0a、 10b)とfθレンズ(17)を構成するレン
ズ(25〜28.40〜47)を、アツベ数の異なる2
種以上のアサーマルの性質を示すレンズを用いたことに
より、収差補正を可能とし、光路長の変化を防止し、処
理時に所望の安定したレーザビームを得ることができる
As described above, according to this embodiment, the semiconductor wafer ■
is preheated in an airtight chamber ω with an IR lamp 0 and annealed using laser light through window 0. Then, a beam expander (1
0a, 10b) and the lenses (25 to 28, 40 to 47) constituting the fθ lens (17), are
By using a lens exhibiting athermal properties of more than 100%, it is possible to correct aberrations, prevent changes in optical path length, and obtain a desired stable laser beam during processing.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、光学系のレンズを
アツベ数の異なる2種以上のアサーマルの性質を示すレ
ンズを用いたことにより、複数の波長を有するレーザ光
の収差補正を実現してレーザ光出力の損失を防止し、レ
ンズの熱膨張で発生する光路長の変化によるビームスポ
ット径の変化を防止し、所望の安定した条件で確実にレ
ーザ光による半導体等の処理を実現することができる。
As explained above, according to the present invention, aberration correction of laser light having a plurality of wavelengths is realized by using two or more types of lenses exhibiting athermal properties with different Atbe numbers as the lenses of the optical system. It prevents loss of laser light output and changes in the beam spot diameter due to changes in optical path length caused by thermal expansion of the lens, making it possible to reliably process semiconductors, etc. with laser light under desired stable conditions. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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図のビームエキスパンダの構成図、第5図は
第1図の光減衰器を説明する図、第6図は第1図のfθ
レンズの構成図、第7図は第1図のアニール処理を簡単
に示すのフロー図である。 図において、 1・・・チャンバ    2・・・半導体ウェハ5・・
・IRクランプ   6・・・窓10a、 10b・・
・ビームエキスパンダ14・・・走査部     17
・・・fθレンズ25〜28.40〜47・・・レンズ 第2図 第3図 に積皮び馳 第4図 第6図
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment in which the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is applied to annealing processing, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the blocking section and cooling section of FIG. 1, and FIG. 4 is a configuration diagram of the beam expander of FIG. 1, FIG. 5 is a diagram explaining the optical attenuator of FIG. 1, and FIG. 6 is a diagram of the beam expander of FIG. 1.
FIG. 7 is a block diagram of the lens, and is a flow diagram briefly showing the annealing process shown in FIG. 1. In the figure, 1...chamber 2...semiconductor wafer 5...
・IR clamp 6...window 10a, 10b...
・Beam expander 14...scanning section 17
...Fθ lens 25-28. 40-47...Lens Fig. 2, Fig. 3 has a skin bulge Fig. 4, Fig. 6

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光学系で案内された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
記光学系のレンズにアッベ数の異なる2種以上のアサー
マルの性質を示すレンズを用いたことを特徴とする半導
体製造装置。
(1) In semiconductor manufacturing equipment that performs processing by irradiating the surface of a substrate to be processed with laser light guided by an optical system, the lenses of the optical system exhibit two or more types of athermal properties with different Abbe numbers. A semiconductor manufacturing device characterized by using a lens.
(2)レーザ光は、Arレーザ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。
(2) The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the laser light is an Ar laser.
(3)レンズは、レーザ光を集光するレンズ及びレーザ
光を拡大するレンズ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。
(3) The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the lens is a lens that condenses laser light and a lens that magnifies laser light.
(4)レーザ光を集光するレンズは、レーザ光の走査時
に走査速度がレンズの中央と周辺で一定なfθレンズを
構成するレンズであることを特徴とする特許請求の範囲
第3項記載の半導体製造装置。
(4) The lens for condensing the laser beam is a lens constituting an fθ lens whose scanning speed is constant between the center and the periphery of the lens when scanning the laser beam. Semiconductor manufacturing equipment.
(5)レーザ光を拡大するレンズは、ビーム径を変換す
るビームエキスパンダを構成するレンズであることを特
徴とする特許請求の範囲第3項記載の半導体製造装置。
(5) The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the lens that expands the laser beam is a lens that constitutes a beam expander that converts the beam diameter.
(6)アサーマルの性質を示すレンズは、正のレンズと
負のレンズの組合わせにより構成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の半導体製造装置。
(6) The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the lens exhibiting athermal properties is constituted by a combination of a positive lens and a negative lens.
(7)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。
(7) The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the treatment is an annealing treatment.
(8)被処理基板は、半導体ウェハ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。
(8) The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the substrate to be processed is a semiconductor wafer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06140704A (en) * 1992-10-26 1994-05-20 Mitsubishi Electric Corp Laser light irradiation equipment
JP2007095936A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Mitsubishi Electric Corp Carbon dioxide laser beam processing machine and machining method thereof

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