JPH0673346B2 - Laser annealing device - Google Patents

Laser annealing device

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JPH0673346B2
JPH0673346B2 JP60006071A JP607185A JPH0673346B2 JP H0673346 B2 JPH0673346 B2 JP H0673346B2 JP 60006071 A JP60006071 A JP 60006071A JP 607185 A JP607185 A JP 607185A JP H0673346 B2 JPH0673346 B2 JP H0673346B2
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JP
Japan
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optical system
laser beam
sample
laser
shield plate
Prior art date
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JP60006071A
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洋一 吉野
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NEC Corp
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明はレーザビームによるアニーリング装置、特に半
導体集積回路の製造に使用するウェハーのレーザアニー
リング装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser beam annealing apparatus, and more particularly to a wafer laser annealing apparatus used for manufacturing a semiconductor integrated circuit.

(従来技術) 従来、半導体集積回路の製造に使用するシリコンウェハ
ーの結晶性を回復する手段としてレーザビームを利用し
たアニーリング技術があるが、このレーザアニーリング
の効果をより一層促進させる方法として、試料を加熱し
ながらレーザビームを照射する方法がある。そしてこの
ような方法を利用したレーザアニーリング装置はすでに
市販されている。
(Prior Art) Conventionally, there is an annealing technique using a laser beam as a means for recovering the crystallinity of a silicon wafer used for manufacturing a semiconductor integrated circuit. As a method for further promoting the effect of this laser annealing, a sample is used. There is a method of irradiating a laser beam while heating. A laser annealing apparatus using such a method is already on the market.

第1図は上述のような装置の一般的な構成例を示すブロ
ック図である。レーザ光源1から出射したレーザビーム
はビーム整形光学系2で所望の形状に整形された後、走
査光学系3に導かれ、試料6に集光照射される。ビーム
整形光学系2は反射ミラー21,22,24とビームエキスパン
ダ23とを含み、レーザビームを拡大し整形する。走査光
学系3はX−Y方向に移動できる移動台(図示せず)上
に固定されており、試料6の上をX−Y方向に走査でき
るようになっている。その内部には、反射ミラー33と、
反射ミラー24からのレーザビームを反射し試料からの観
測光を透過する光学系32と、対物レンズ31とを有する。
試料6は加熱装置8が組込まれた載物台7の上に保持さ
れており、この加熱装置は温度コントローラ9によって
任意の温度に制御される。加熱温度は一般に室温〜700
℃位の範囲で目的に応じて適度に選択されるが、高い温
度領域になると試料面からの輻射熱により走査光学系3
の対物レンズ31と試料面の間の空気が温められてゆらぎ
が生じ、レーザビームと試料6から反射される観測光の
光路が不規則に変化する。例えて言えば夏の暑い日中に
かげろうが立ったような状態となる。
FIG. 1 is a block diagram showing a general configuration example of the above-mentioned device. The laser beam emitted from the laser light source 1 is shaped into a desired shape by the beam shaping optical system 2, then guided to the scanning optical system 3, and focused on the sample 6. The beam shaping optical system 2 includes reflection mirrors 21, 22, 24 and a beam expander 23, and expands and shapes the laser beam. The scanning optical system 3 is fixed on a moving table (not shown) that can move in the XY directions, and can scan the sample 6 in the XY directions. Inside it, a reflection mirror 33,
The optical system 32 that reflects the laser beam from the reflection mirror 24 and transmits the observation light from the sample, and the objective lens 31.
The sample 6 is held on a stage 7 in which a heating device 8 is incorporated, and this heating device is controlled to an arbitrary temperature by a temperature controller 9. Heating temperature is generally room temperature to 700
The temperature is appropriately selected in the range of about ℃ according to the purpose, but in the high temperature range, the radiant heat from the sample surface causes the scanning optical system 3
The air between the objective lens 31 and the sample surface is heated and fluctuates, and the optical paths of the laser beam and the observation light reflected from the sample 6 change irregularly. For example, it looks like Kagerou stands on a hot summer day.

従来装置においては上述したような空気のゆらぎによる
レーザビームの光路変化により、試料面上のレーザビー
ムの軌跡は蛇行状となり、また観測光学系4により試料
の加工面を表示するTVモニター5の画面はたえずゆらい
で見え、試料表面状態の正しい観測が困難となる。第2
図において、10は正常で望ましいアニーリング状態での
試料面上のレーザビームの軌跡を示し、上述のような空
気のゆらぎが発生した場合その軌跡は第3図に示す軌跡
10となる。また、走査間隔をもっと小さくしてレーザビ
ームを走査した場合、第4図に示すように隣り合う軌跡
間で重なり合う部分11が生じたりする。このような蛇行
状の不規則なレーザビーム照射では一様な結晶性の回復
が実現されないためシリコンウェハーの特性を悪くし、
ひいては半導体集積回路の歩留りを悪くする原因とな
る。
In the conventional apparatus, due to the change in the optical path of the laser beam due to the fluctuation of air as described above, the trajectory of the laser beam on the sample surface becomes meandering, and the screen of the TV monitor 5 that displays the processed surface of the sample by the observation optical system It always looks fluctuating, making it difficult to correctly observe the sample surface condition. Second
In the figure, 10 indicates the locus of the laser beam on the sample surface in a normal and desirable annealing state, and when the above-mentioned air fluctuation occurs, the locus is shown in FIG.
Will be 10. Further, when the laser beam is scanned with the scanning interval further reduced, an overlapping portion 11 may occur between adjacent trajectories as shown in FIG. Irradiation of such a serpentine irregular laser beam does not realize uniform crystallinity, which deteriorates the characteristics of the silicon wafer,
As a result, the yield of the semiconductor integrated circuit may be deteriorated.

(発明の目的) 本発明の目的は、上述した従来の装置の欠点を除去し、
蛇行状でないレーザビーム照射を可能とするレーザアニ
ーリング装置を提供することにある。
(Object of the invention) The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional device,
It is an object of the present invention to provide a laser annealing device capable of irradiating a laser beam that is not meandering.

(発明の構成) 本発明は、レーザ光源と、このレーザ光源から出射され
るレーザビームの光束を整形する光学系と、整形された
レーザビームを集光し試料上を走査する走査光学系と、
試料面を観測する光学系と、前記試料を加熱しつつ保持
する載物台とを有するレーザアニーリング装置におい
て、前記走査光学系と試料面との間に透明な熱しゃへい
板を有すると共に、この熱しゃへい板を冷却する機構を
有することを特徴とするものである。
(Structure of the Invention) The present invention includes a laser light source, an optical system that shapes the light flux of a laser beam emitted from the laser light source, and a scanning optical system that collects the shaped laser beam and scans the sample.
In a laser annealing device having an optical system for observing a sample surface and a stage for holding the sample while heating it, a transparent heat shield plate is provided between the scanning optical system and the sample surface, and It is characterized by having a mechanism for cooling the shield plate.

(実施例) 次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。(Example) Next, the Example of this invention is described in detail with reference to drawings.

第5図は本発明の実施例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

図において、レーザ光源1とビーム整形光学系2と走査
光学系3と観測光学系4とTVモニター5と温度コントロ
ーラ9とは、第1図に示す従来のレーザアニーリング装
置と同じ構造で、その詳細は前述したとおりである。
In the figure, a laser light source 1, a beam shaping optical system 2, a scanning optical system 3, an observation optical system 4, a TV monitor 5 and a temperature controller 9 have the same structure as the conventional laser annealing device shown in FIG. Is as described above.

本実施例では、走査光学系3と試料6との間に熱しゃへ
い板12たとえばガラス板を設置して、試料面からの直接
の熱輻射を防止すると共に、このガラス板の上部にノズ
ル13を設置して空気あるいは窒素ガス15を熱しゃへい板
12上に吹きつけるようにしている。ただしレーザビーム
のエネルギー損失を少なくするためには、熱しゃへい板
12はレーザビームに対して十分な透過率を有し、また内
部に傷や気泡があったりしてはならない。更にこの熱し
ゃへい板は試料面から相当の熱輻射を受けるので、熱に
対して十分な強さを持つものでなければならない。上述
のような理由から熱しゃへい板12としては石英板が適す
る。熱しゃへい板12は上述のように加熱されてそれ自体
が熱をもつ可能性があるが、それを防止するのがノズル
13からなる冷却機構である。この機構はノズルから熱し
ゃへい板12へ空気や窒素ガス15を吹きつけることによ
り、熱しゃへい板12を空冷する働きを有するが、この効
果を一層高めるためにはあらかじめ冷却されたガスを使
用するとよいことはもちろんである。またガスの流量は
熱しゃへい板付近の温度に依存して流量調整弁14により
適度に調整される。
In the present embodiment, a heat shield plate 12 such as a glass plate is installed between the scanning optical system 3 and the sample 6 to prevent direct heat radiation from the sample surface, and the nozzle 13 is provided on the glass plate. Install and heat the air or nitrogen gas 15 heat shield plate
I am trying to spray it on 12. However, in order to reduce the energy loss of the laser beam, a heat shield
No. 12 has a sufficient transmittance for the laser beam and must not have any scratches or bubbles inside. Further, since this heat shield plate receives a considerable amount of heat radiation from the sample surface, it must have sufficient strength against heat. A quartz plate is suitable as the heat shield plate 12 for the reasons described above. The heat shield plate 12 may be heated by itself as described above, and the nozzle may prevent it.
It is a cooling mechanism consisting of 13. This mechanism has the function of air-cooling the heat shield plate 12 by blowing air or nitrogen gas 15 from the nozzle to the heat shield plate 12, but it is better to use a gas that has been cooled in advance to further enhance this effect. Of course. The flow rate of the gas is appropriately adjusted by the flow rate adjusting valve 14 depending on the temperature near the heat shield plate.

(発明の効果) 上述したように本発明によれば、加熱された試料面から
の熱輻射を防止して空気のゆらぎを除去できるため、従
来のようなレーザビームの蛇行を防止することができ、
シリコンウェハーのアニーリング効果を高めることがで
きる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the heat radiation from the heated sample surface and remove the fluctuation of the air. Therefore, it is possible to prevent the conventional meandering of the laser beam. ,
The annealing effect of the silicon wafer can be enhanced.

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

第1図は従来のレーザアニーリング装置の一般的構成例
を示すブロック図、第2図は正常なアニーリング状態で
のレーザビームの軌跡を示す図、第3図及び第4図はレ
ーザビームの光路内に空気のゆらぎが生じた場合のレー
ザビームの軌跡を示す図、第5図は本発明の一実施例を
示すブロック図である。 1……レーザ光源、2……ビーム整形光学系、3……走
査光学系、31……対物レンズ、4……観測光学系、5…
…TVモニター、6……試料、7……載物台、8……加熱
装置、9……温度コントローラ、10……レーザビームの
軌跡、11……レーザビームの重なり、12……熱しゃへい
板、13……吹きつけノズル、14……流量調整バルブ。
FIG. 1 is a block diagram showing a general configuration example of a conventional laser annealing device, FIG. 2 is a diagram showing a locus of a laser beam in a normal annealing state, and FIGS. 3 and 4 are inside an optical path of the laser beam. FIG. 5 is a diagram showing a trajectory of a laser beam when air fluctuations occur in FIG. 5, and FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. 1 ... Laser light source, 2 ... Beam shaping optical system, 3 ... Scanning optical system, 31 ... Objective lens, 4 ... Observation optical system, 5 ...
… TV monitor, 6… Sample, 7… Stage, 8… Heating device, 9… Temperature controller, 10… Laser beam locus, 11… Laser beam overlap, 12… Heat shield plate , 13 ... Blowing nozzle, 14 ... Flow rate adjusting valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光源と、このレーザ光源から出射さ
れるレーザビームの光束を整形する光学系と、整形され
たレーザビームを集光し試料上を走査する走査光学系
と、試料面を観測する光学系と、前記試料を加熱しつつ
保持する載物台とを有するレーザアニーリング装置にお
いて、前記走査光学系と前記試料面の間に配置された透
明な熱しゃへい板と、この熱しゃへい板を冷却する機構
とを有するレーザアニーリング装置。
1. A laser light source, an optical system for shaping a light beam of a laser beam emitted from the laser light source, a scanning optical system for focusing the shaped laser beam and scanning the sample, and observing the sample surface. In a laser annealing device having an optical system for performing and holding a sample while heating and holding the sample, a transparent heat shield plate disposed between the scanning optical system and the sample surface, and the heat shield plate. A laser annealing device having a cooling mechanism.
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