JPH0391925A - レーザアニール装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 レーザビーム照射によりウェーハの表面層を加熱処理す
るレーザアニール装置に関し、ウェーハ表面の観察が可
能であり、且つ、ウ工一ハに対するレーザビームの照射
域の大きさを変化させ得るようにすることを目的とし、
テーブルと、レーザと、鏡と、レンズと、光束変換系と
を有し、上記テーブルは、処理対象のウェーハを載置す
るものであり、上記レーザは、該テーブルの側方に配置
され、該テーブルの上方所定位置に向けてレーザビーム
を出射するものであり、上記鏡は、該所定位置に配置さ
れ、該レーザからのレーザビームを反射させてその光路
を該テーブル上のウェーハに向け、且つ、該ウェーハか
らの光を透過させるものであり、上記レンズは、該テー
ブルと該鏡の間に配置され、該鏡で反射したレーザビー
ムを収束させ、且つ、該ウェーハ上の像を該鏡の先の所
定位置に結像させるものであり、上記光束変換系は、該
レーザと該鏡の間に配置され、該レーザから該鏡に向か
うレーザビームを発散から収束の間の或る状態に変換し
、且つ、その或る状態を適宜に設定する調整が可能なも
のであって、上記結像させた実像が該ウエー八表面の観
察に用いられ、該ウェーハに対するレーザビームの照射
域の大きさが該光束変換系の調整によって変化するよう
に構戒する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、レーザビーム照射によりウェーハの表面層を
加熱処理するレーザアニール装置に関する。

半導体装置では、素子分離の改善や構造の立体化などが
期待されるＳ　Ｏ　Ｉ　　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　ｒ
ｎｓｕｌａ−ｔｏｒ）構造のものが検討されており、そ
の製造では、ウェーハの表面Ｓｉ層の溶融・再結晶化や
アニールを必要としている。また、通常の半導体装置に
おいても、素子の微細化に伴いウェーハの表面層のみの
アニールを望まれる場合が生じてきている。

上記レーザアニール装置は、このような表面層の加熱処
理を行う際に用いられるものであり、処理状態の制御の
ために、ウェーハに対するレーザビームの照射域の大き
さをも変化させ得ることが望まれている。

〔従来の技術］ 第３図はレーザアニール装置の従来例の要部を示す側面
図である。

同図において、２はテーブル、３はレーザ、４は鏡、５
はレンズ、であり、１は処理対象のウ工−ハ、である。

ここでいう処理は、前述した溶融・再結晶化やアニール
なとである表面層の加熱処理を指す。

テーブル２は、ウェーハｌを載置するものである。

レーザ３は、テーブル２の側方に配置され、テーブル２
の上方所定位置に向けてレーザビーム３ａを出射するも
のである。このレーザビーム３ａは一般に平行ビームで
ある。

鏡４は、テーブル２上方の上記所定位置に配置され、レ
ーザ３からのレーザビーム３ａを反射させて３ｂのよう
にその光路をテーブル２上のウエーＡ１に向け、且つ、
そのウェーハｌからの光１ａを透過させるものであり、
具体的にはレーザの波長に合わせたダイ・クロイック・
ミラーで構威される。

レンズ５は、テーブル２と＠４の間に配置され、鏡４で
反射したレーザビーム３ｂを収束させてレーザビーム３
Ｃとなし、且つ、光１ａによりウエーノ＼ｌ上の像を鏡
４の先の所定位置に結像させて実像ＩＡを形戒するもの
である。

その実像ＩＡは、不図示の接眼レンズにより虚像に拡大
されて、ウェーハ１表面の覗察に用いられる。このこと
から、ウェーハ１表面からレンズ５までの距離は、レン
ズ５の焦点距離よりも長い或る一定値に設定されている
。

この装置を用いた表面層の加熱処理は、ウェーハ１をテ
ーブル２に載置し、レーザ３から出射し鏡４及びレンズ
５を経てなるレーザビーム３ｃをウェーハｌに照射して
行う。レーザビーム３ｃの照射域３Ａ　（レーザビーム
３ｃのウェーハ１表面における拡がり）の大きさよりも
広い範囲を処理する場合は、テーブル２と共にウェーハ
１をその面方向に移動させる。

［発明が解決しようとする課題］ ところでこの処理においては、レーザビーム３ｃの強さ
（エネルギー）並びに照射時間またはウェーハｌの移動
速度と共に、レーザビーム３Ｃの照射域３＾の大きさが
処理状態に影響を及ぼしている。

しかしながらこの従来例では、■レンズ５からのレーザ
ビーム３ｃの収束状態が一定である、■ウェーハ１表面
の観察のためにウェーハ１表面からレンズ５までの距離
を固定しておく必要がある、ことから、照射域３Ａの大
きさが一定となっており、処理状態の制御ために照射域
３Ａの大きさを変化させようとしても、それは事実上不
可能である。

そこで本発明は、レーザビーム照射によりウェーハの表
面層を加熱処理するレーザアニール装置において、ウェ
ーハ表面の観察が可能であり、且つ、ウヱーハに．対す
るレーザビームの照射域の大きさを変化させ得るように
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、レーザビーム照射によりウェーハの表面層
を加熱処理する装置であって、テーブルと、レーザと、
鏡と、レンズと、光束変換系とを有し、 上記テーブルは、処理対象のウェーハを載置するもので
あり、 上記レーザは、該テーブルの側方に配置され、該テーブ
ルの上方所定位置に向けてレーザビームを出射するもの
であり、 上記鏡は、該所定位置に配置され、該レーザからのレー
ザビームを反射させてその光路を該テーブル上のウェー
ハに向け、且つ、該ウェーハからの光を透過させるもの
であり、　　　　′上記レンズは、該テーブルと咳鏡の
間に配置され、該鏡で反射したレーザビームを収束させ
、且つ、該ウェーハ上の像を該鏡の先の所定位置に結像
させるものであり、 上記光束変換系は、該レーザと該鏡の間に配置され、該
レーザから該鏡に向かうレーザビームを発散から収束の
間の或る状態に変換し、且つ、その或る状態を適宜に設
定する調整が可能なものであって、 上記結像させた実像が咳ウエー八表面の観察に用いられ
、該ウェーハに対するレーザビームの照射域の大きさが
該光束変換系の調整によって変化する本発明のレーザア
ニール装置によって達威される。

〔作　用〕

この装置は、上記テーブル、上記レーザ、上記鏡、上記
レンズ、がそれぞれ従来例の、テーブル２、レーザ３、
鏡４、レンズ５、と同様なものであることから、上記光
束変換系を外した際には、従来例と同様に、ウェーハ表
面の観察が可能であるがウェーハに対するレーザビーム
の照射域の大きさが一定のままとなる。

その状況の下で該レーザと該鏡の間に配置された上記光
束変換系は、該鏡を介して該レンズに入射するレーザビ
ームを発散から収束の間の或る状態に変換し、且つ、そ
の或る状態を上記調整により適宜に設定し得るので、該
レンズからウェーハに向かうレーザビームの収束状態を
変化させることができる。

そして、従来例で説明したようにウェーハから該レンズ
までの距離が固定であることから、上記収束状態の変化
が、ウェーハに対するレーザビームの照射域の大きさを
変化させる。

従って、この装置は、ウェーハ表面の観察が可能であり
、且つ、ウェーハに対するレーザビームの照射域の大き
さを変化させ得る。

〔実施例］ 以下本発明の実施例について第ｌ聞及び第２図を用いて
説明する。第１図は実施例の要部を示す側面図、第２図
（ａ）〜（Ｃ）は実施例における照射域の変化を説明す
る側面図、であり、全図を通し同一符号は同一対象物を
示す。

第１図において、この実施例は、第３図で説明した従来
例に光束変換系６を付加したものである。

レーザ３は、アルゴンイオンレーザで、シングル・ライ
ン４８８ｎｍのレーザ発信させてあり、出射するレーザ
ビーム３ａは、太さ約５ｍｍの平行ビームである。

鏡４は、先に説明したダイ・クロイック・ミラーである
。

レンズ５は、焦点距離２５ｍｍ　（口径２０ｍｍ）の凸
レンズであり、ウェーハ１表面からレンズ５までの距離
は、例えば実像１Ａの倍率がｌＯ倍となるように２７．
５ｍｍに固定してある。

光束変換系６は、レーザ３と鏡４の間に配置され、レー
ザ３から鏡４に向かうレーザビーム３ａを発散から収束
の間の或る状態のレーザビーム３ｄに変換し、且つ、そ
の或る状態を適宜に設定する調整が可能なものであり、
具体的には、レーザ３側の所定位置に固定されたレンズ
６ａ、その先の所定位置に固定されたビンホール６ｂ、
更にその先である鏡４例の所定位置で前後に移動可能な
可動レンズ６ｃ、からなるスペイシャル・フィルタで構
威される。

ここで、レンズ６ａは焦点距離２０■（口径２０ｍｍ　
）の凸レンズ、ビンホール６ｂは虹彩型のビンホール、
可動レンズ６ｃは焦点距離５０ｍｍ　（口径２０＋ｎｍ
　）の凸レンズ、であり、レンズ６ａからビンホール６
ｂまでの距離は２０ｍｍ固定、゛ビンホール６ｂから可
動レンズ６ｃまでの距ＭＬは、可動レンズ６ｃの移動に
より５０ｍｍを中心に可変である。この可変距離Ｌは、
マイクロメータで位置を読み取りながら可動レンズ６ｃ
を移動させることにより、精密に調整することができる
。

従って、レーザビーム３ａは、レンズ６ａによりビンホ
ール６ｂの位置に焦点を結んでから可動レンズ６ｃに入
る。このことからレーザビーム３ｄは、可動レンズ６ｃ
の焦点距離（５０ｍｍ）をＦとすれば、可変距離Ｌ＝Ｆ
の際に平行ビームとなり、Ｌ＜Ｆの際に発散状態のビー
ムとなり、Ｌ＞Ｆの際に収束状態のビームとなって鏡４
に入る。鏡４は、レーザビーム３ｄを反射させてレンズ
５に向かうレーザビーム３ｂとなし、そのレーザビーム
３ｂの発散乃至収束の状態は、レーザビーム３ｄと同一
である。そして、レンズ５は、レーザビーム３ｂをその
発散乃至収束の状態に対応した収束状態のレーザビーム
３ｃとなし、そのレーザビーム３ｃが基仮１を照射する
。

その結果、ウェーハｌ表面の観察のためにウェーハＩ表
面からレンズ５までの距離を固定した状態において、レ
ーザビーム３ｃの照射域３Ａの大きさは、第２図（ａ）
〜（Ｃ）に示されるように、可変距離Ｌの調整により変
化する。

即ち、（ａ）は、可変距離Ｌを可動レンズ６ｃの焦点距
離Ｆよりもやや小さく（図ではＬ＜Ｆで示す）した場合
であり、レーザビーム３ｃは焦点を結ぶところでウェー
ハｌを照射して、照射域３Ａの大きさが最小となる。そ
してその大きさは従来例の場合よりも小さい。

（ｂ）は、可変距離Ｌを（ａ）の場合よりも小さく　（
図ではＬ＜＜Ｆで示す）した場合であり、レーザビーム
３ｃは焦点を結ぶ手前でウェーハｌを照射して、可変距
ＭＬが小さくなるに従い照射域３Ａの大きさが大きくな
る。

また（Ｃ）は、可変距離Ｌを（ａ）の場合よりも大きく
（図ではＬ≧Ｆで示す）した場合であり、レーザビーム
３ｃは焦点を結んだ先でウェーハ１を照射して、可変距
離Ｌが大きくなるに従い照射域３Ａの大きさが大きくな
る。なお、従来例はこの範囲内の一点に相当する。

この実施例による表面層の加熱処理は、従来例の場合と
同様にするが、その際、光束変換系６における可変距離
Ｌの調整を加えることにより、照射域ＩＡの大きさの変
化による処理状態の制御が可能である。然も、処理中に
おけるウェーハｌ表面の観察が可能であることはいうま
でもない。

またこの実施例においては、光束変換系６のビンホール
６ｂがビーム周辺の余分な光をカットするので、ビーム
の空間分布を一様化することができ、ビームの空間モー
ドの非対象性がらビームの往復で処理状態が変化する、
といったことがなくなる利点があり、また、可動レンズ
６ｃの焦点距離がレンズ６ａのそれよりも大きいことが
ら、レーザビーム３ｄのエネルギー密度がレーザビーム
３ａのそれよりも小さくなって鏡４の焼けつきが起こり
難くなり、装置の耐久性が向上する利点がある。

なお、上述の説明から容易に理解されるように本発明の
装置では、光束変換系（実施例の６）はスペイシャル・
フィルタに限定されるものではなく、また、各レンズ（
実施例の５．　６ａ，　６ｃ）の焦点距離や口径は適宜
であって良く、更に、レーザ（実施例の３）はアルゴン
イオンレーザ以外のものであっても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の構或によれば、レーザビー
ム照射によりウェーハの表面層を加熱処理するレーザア
ニール装置において、ウェーハ表面の観察が可能であり
、且つ、ウェーハに対するレーザビームの照射域の大き
さを変化させ得るようにすることができて、処理状態の
制御を容易にさせ、更には、鏡に入射するレーザビーム
のエネルギー密度を小さくすることができて、装置の耐
久性向上を可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は実施例の要部を示す側面図、 第２図（ａ）〜（Ｃ）は実施例における照射域の変化を
説明する側面図、 第３図は従来例の要部を示す側面図、 である。 図において、 ■はウェーハ、 ｌａはウェーハからの光、 ＩＡは実像、 ２はテーブル、 ３はレーザ、 ３８〜３ｄはレーザビーム、 ３Ａは照射域、 ４は鏡、 ５はレンズ、 ６は光束変換系、 ６ａはレンズ、 ６ｂはビンホール、 ６ｃは可動レンズ、 Ｆは可動レンズの焦点距離、 Ｌは可変距離、 である。 つエーハ 突像 レーり゜ 需酊威 ムンズ し冫ズ′ 可動レシ又゛ ｌａ，’．　　１力゛５の尤 ２　：　デ゛−ブ゛ル ３ａ〜３ｉｔ：Ｌ−ザ゜ピ゛−ム ４．ｔ ｂ　：　光東変１タ系 ６ｂ：　ゴシホール Ｌ：’ｉ５Ｊ　吏距島曽 実砲例ｆ）９郵Ｅ示す便ｊ面あ 第　１　囲 １Ｐ　ケ巨イ列　１二　Ｊろ　げ々　只ｑ，考丁）Ａ　
　のタ〔イど４０見明すやイ呉・ｊ仔八Ｇ５笑　２回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザビーム照射によりウェーハの表面層を加熱処理す
   る装置であって、テーブル（２）と、レーザ（３）と、
   鏡（４）と、レンズ（５）と、光束変換系（６）とを有
   し、 上記テーブル（２）は、処理対象のウェーハ（１）を載
   置するものであり、 上記レーザ（３）は、該テーブル（２）の側方に配置さ
   れ、該テーブル（２）の上方所定位置に向けてレーザビ
   ームを出射するものであり、 上記鏡（４）は、該所定位置に配置され、該レーザ（３
   ）からのレーザビームを反射させてその光路を該テーブ
   ル（２）上のウェーハ（１）に向け、且つ、該ウェーハ
   （１）からの光を透過させるものであり、上記レンズ（
   ５）は、該テーブル（２）と該鏡（４）の間に配置され
   、該鏡（４）で反射したレーザビームを収束させ、且つ
   、該ウェーハ（１）上の像を該鏡（４）の先の所定位置
   に結像させるものであり、上記光束変換系（６）は、該
   レーザ（３）と該鏡（４）の間に配置され、該レーザ（
   ３）から該鏡（４）に向かうレーザビームを発散から収
   束の間の或る状態に変換し、且つ、その或る状態を適宜
   に設定する調整が可能なものであって、 上記結像させた実像（１Ａ）が該ウェーハ（１）表面の
   観察に用いられ、該ウェーハ（１）に対するレーザビー
   ムの照射域（３Ａ）の大きさが該光束変換系（６）の調
   整によって変化することを特徴とするレーザアニール装
   置。