JPS637618A

JPS637618A - 半導体製造装置におけるレ−ザビ−ム位置決め装置

Info

Publication number: JPS637618A
Application number: JP15115486A
Authority: JP
Inventors: Akira Sasaki; 章佐々木; Akio Muto; 武藤　明夫
Original assignee: NIPPON TAIRAN KK
Current assignee: NIPPON TAIRAN KK
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-01-13

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】［産業上の利用分野］木発明は、レーザビームを用いて、ＣＶＤ　（化学気相
成長）やエツチング、ドーピング、アニーリング処理等
を行う場合に利月する半導体製造装置のレーザビーム位
萱決め装置に間するものである。

〔従来の技術］第２図は、特開昭８０−５３０１７号公報によって従来
から知られているレーザＣＶＤ装置の構成を示している
。

この第２図のレーザＣｖＤ装！においては、レーザ発振
器１を出たレーザビームが、プリズム４及びハーフミラ
−Ｂで曲げられ、投影レンズ８によってチャンバ３内の
シリコン基板ｌＯ上に焦点が合わされ、微小スポットに
集光される。また。

そのレーザビームの照射位置をモニターする光学系が、
投影レンズ８．集光レンズ１２、マイクロスコープ１４
、テレビカメラ１５により構成゛されている。そして、
このモニター用の光学系は、／＼−ターフー６によりレ
ーザビームとの光軸が合わされている。

なお、図中、２は偏向プリズム、３はハ波長板、５はア
パーチャ、７はメ刀二カルジャ７．夕、１１はミラー、
１３は第２のプリズム、１６は石英窓ガラス、１７はパ
ワーメータを示している。

このような光学系を備えたレーデＣＶＤ装置において、
レーザ光として可視光領域のレーザ、例えばＡｒレーザ
（波長５３０ｎｍ）を用いた場合、レーザビームは投影
レンズ８によりシリコン基板１０上に微小スポユ・トと
して集光される。そして、その集光されたレーザビーム
及びその位置の像は、はぼ同じ波長の可視光と考えられ
、投影レンズ８における屈折率が同等であることから、
シリコン基板１０側からのビームは投影レンズ８により
平行光とされ、投影レンズ８と同じ焦点距離をもつ集光
レンズ１２によって結像される。そして、その像がマイ
クロスコープレンズ１４によって拡大され、テレビカメ
ラ１５により硯察さｎる。

一カ１　レーザＣＶＤプロセスで１±、試料を真空容器
（チャンバ）内に保持し、レーザ導入窓より試料にレー
ザビームが照射されるが、この場合に、レーザ導入窓の
くもりという問題があり１その対策として、レーザ導入
窓の内面を不活性ガスにてパージするために、遮蔽板を
配置することが提案されている　（例えば、特開昭８０
−２３８２３０号公報参照）。

そこで、このような構成を上記第２図の装置に採用する
と、試料から投影レンズまでの距離として最低５０〜ｌ
ｏｏ■は必要となり、同図のような光学系では、数戸ｍ
のパターンを解像することが難かしくなる。

また、最近、紫外域のレーザを用いると、原料ガスをｉ
Ｉ！接励起することも可能なことから、紫外域【／−ザ
によるＣＶＤが注目されている。

レーザとして紫外域のレーザ、例えばＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３ｍｍ）を用い、投影レンズを合成石英
とした場合、可視光（波長５４８．　Ｉｎ！ｌ）では。

屈折率が１．４８０であり、工学シマレーザの屈折率は
１．５８１　である、そして、その焦点距離は、可視光
に比べるとエキシマレーザの方が約１８％短くなる。

そのため、第２図のような光学系において紫外域レーザ
を用いた場合、レーザビームの波長で試料面に焦点が合
うように投影レンズをＸＡ整すると、可視光の波長では
試料面より遠くに焦点位置がビるため、同様な位置には
結像しない、つまり、試料面を直接観察することができ
ず、もし焦点を合わせる場合、投影レンズ８を我察する
たびに動かす必要がある。

しかしながら、投影レンズを動かすことは位置の再現性
に問題があり、またレーザ照射中は同時にモニターがで
きないという欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］本発明の目的は、上述の問題点を解消し、レーザ導入窓
の内側に遮蔽板を配置しても数ルＷのパターンを解像す
ることができ、また紫外域のレーザを用いた場合等にお
けるレーザと可視光の屈折率の差異にかかわらず、焦点
合わせのために対物レンズを動かすことなしに、レーザ
と可視光を同様な位置に結像させ、それによってレーザ
照射中においても同時にモニターができるようにした半
導体製造装置におけるレーザビームの位置決め装置を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は、レーザビームを試
料に照射するレーザビーム光学系と、上記レーザビーム
と光軸を一致させた可視光によりその照射位置をモニタ
ーする可視光用光学系を有する半導体製造装置のレーザ
ビーム位置決め装置において、少なくとも、レーザビー
ムの焦点距離を独立的に調整する対物補助レンズと、可
視光の焦点距離を独立的に調整する投影レンズのうちの
−方を備え、且つ試料に焦点面を合わせる共通の対物レ
ンズを備えることにより構成される。

０作　用］レーザ装置より出たレーザビームは、対物補助レンズ、
ハーフミラ−１及び対物レンズを通り、焦点が合わされ
ている試料上に集光される。また、照明装置より出た可
視光は、投影レンズ、上記ハーフミラ−１対物レンズに
より、上記レーザビームと光軸を〜致させて試料面に集
光される。

試料面で反射した可視光は、対物レンズ、ハーフミラ−
１投影レンズ、接眼レンズを通してモニターされる。

上記対物補助レンズ及び投影レンズは、それぞれ焦点距
離を独立的に調整可能にしたものであるから、それらを
調整することにより、対物レンズをレーザビーム及びモ
ニター用可視光の焦点合わせのために動かすことなく、
可視光をモニターしながら、レーザビームの照射を行う
ことができる。

また、投影レンズ及び対物レンズの合成された焦点位置
を試料面より近くなるように調整することにより、顕微
鏡光学系が形成され、試料面の像が拡大して結像される
ため、その像を接眼レンズで浦大して観察することによ
り、解像度を高め。

数戸ｍのパターンの認識が可能になる。

［実施例］第１図は１本発明に係る半導体製造装置のレーザビーム
位置決め装置をＬ／−ザＣＶＤ装置に適用した場合の実
施例を示すもので、図示のレーザＣＶＤ装置においては
、レーザ装置２１と、そのレーザ装置２Ｉより出たレー
ザビームを、対物補助レンズ３１、ハーフミラ−３２、
及び対物レンズ３３を経て、ウェハ等の試料３４上に集
光させるレーザビーム光学系２２と、照明装置２３と、
その照明装置２３より出たモニター用可視光を、ハーフ
ミラ−３１３、投影レンズ３７、並びに上記レーザビー
ム光学系２２と共通のハーフミラ−３２及び対物レンズ
３３を経て、試料３４の面上に集光し、該試料面を照明
する可視光用光学系２４とを備え、さらに、試料面で反
射した可視光をモニターするテレビカメラ２５と、試料
面で反射した可視光を、対物レンズ３３、ハーフミラ−
３２、投影レンズ３７．ハーフミラ−３８、及び接眼レ
ンズ３９を通して上記テレビカメラに入射させる観察用
光学系２１３と、ハーフミラ−３２の背後に位置するパ
ワーモニター２７とを備えている。

上記レーザビーム光学系２２における対物補助レンズ３
１は、レーザビームの焦点距＃を独立的に調整可能にし
たものであり、可視光用光学系２４における投影レンズ
３７は、照明用の可視光の焦点距離を独立的に調整可能
にしたものであるが、それらの−方のみを調整可能にし
ておくこともできる。

また４　レーザビーム光学系２２と可視光用光学系２４
は、ハーフミラ−３２においてそれらの光軸を合わせる
ように配置している。

上記試料を内部に配置するチャンバ４１は、真空源やガ
ス供給源に接続され、試料３４上に焦点面を合わせる上
記対物レンズ３３がレーザ導入窓４２に対設されて、そ
のレーザ導入窓４２の内側に、　Ｘ−Ｙテージ４３に載
置した前記試料３４が配置され、レーザ導入窓４２には
不活性ガス等の噴出によりくもりを防止するために遮蔽
板４４を配置している。なお、対物レンズ３３は、それ
をレーザ導入窓４２と一体に形成することもできる。

上記構成を有するレーザＣＶＤ装置においては、レーザ
装！２１より出たレーザビームが対物補助レンズ３１を
通った後、ハーフミラ−３２で曲げられ、対物レンズ３
３を通り、試料３４上に集光される。このレーザビーム
は、対物補助レンズ３１及び対物レンズ３３により試料
３４上に焦点が合わされている。

また、照明装置２３より出た光は、ハーフミラ−３Ｂに
より曲げられ、投影レンズ３７、ハーフミラ−′３２．
対物レンズ３３により試料面に集光し、該試料面を照明
する。

試料面で反射した光は、再び対物レンズ３３、ハーフミ
ラ−３２，投影レンズ３７、ハーフミラ−３６、接眼レ
ンズ３９を通り、テレビカメラ２５により観察される。

上記レーザビーム光学系２２における対物補助し／ズ３
１、及び可視光用光学系２４における投影レンズ３７は
、それぞれ焦点距離を独立的に調整可能にしたものであ
るから、それらを調整することにより、対物レンズ３３
をレーザビーム及びモニター用可視光の焦点合わせのた
めに動かす必要がない。

そして、上記レーザビーム光学系２２と可視光用光学系
２４は、ハーフミラ−３２においてそれらの光軸を合わ
せるように配置しているので、テレビカメラ２５により
モニターしながら、レーザビームの照射を行うことがで
きる。

上述した光学系においては、投影レンズ３７及び対物レ
ンズ３３の合成された焦点位置を試料面より近くなるよ
うに調整することにより、顕微鏡光学系が形成され、試
料面の像が拡大して結像される。さらに、その像を接眼
レンズ３９で拡大してテレビカメラ２５により観察する
ため、第２図の光学系より解像度が高く、［１のパター
ンの認識が可能である。

また、紫外光レーザの場合でも、対物補助レンズ３１を
調整することにより同様に使用することができる。なお
、紫外光レーザの場合は、ハーフミラ−３２の代りに紫
外光反射、可視光透過のグイクロイックミラーを用いる
方が、より効率良く構成される°。

さらに、レーザビーム光学系２２と可視光用光学系２４
の光軸を逆にしても、同様に構成できることは明白であ
る。

なお、上記実施例は、本発明をＣＶＤ装置に適用した場
合について説明したが、ガスを変えることにより、エツ
チング、ドーピング、アニーリング等へも応用すること
もできる。

［発明の効果］以上に詳述した本発明の装置によれば、試料面の観察用
光学系において高い解像度を得ることができ、また、紫
外域レーザを用いた場合でも、焦点合わせのため対物レ
ンズを動かす必要がなく、高い位置再現性を得ることが
できる。特に、対物レンズを動かす必要がないことから
、対物レンズとレーザ導入窓とを十分に接近させ、ある
いはそれらを−体とすることが可能になるため、対物レ
ンズと試料との距離を短くすることができ、より小さい
レーザビームのスポットを形成できると同時に、高い解
像度をもつ観察用光学系を構成することができる。

さらに　レーザビームの照射と同時にモニターすること
も可能なことから、レーザビームのスポットから発する
蛍光を直接モニターすることにより、レーザビームのス
ポット位置を＊ａ確認することもできる。

【図面の簡単な説明】

纂１図は、本発明に係る半導体製造装置のレーザビーム
位置決め装置を、レーザＣＶＤ装置に適用した場合の構
成図、第２図は従来例の構成図である。２１・・レーザ装置、２２・・レーザビーム光学系、２３・・照明装置。２４・・可視光用光学系、３１・・対物補助レンズ、３３・・対物レンズ、３４拳
・試料、　　　　　３７・・投影レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

１、レーザビームを試料に照射するレーザビーム光学系
と、上記レーザビームと光軸を一致させた可視光により
その照射位置をモニターする可視光用光学系を有する半
導体製造装置のレーザビーム位置決め装置において、少
なくとも、レーザビームの焦点距離を独立的に調整する
対物補助レンズと、可視光の焦点距離を独立的に調整す
る投影レンズのうちの一方を備え、且つ試料に焦点面を
合わせる共通の対物レンズを備えたことを特徴とするレ
ーザビーム位置決め装置。