(57)【要約】【課題】開放型の不活性ガス雰囲気アニールの生産性を向上させること。【解決手段】上面において基板３０を支持するステージ３４と、前記基板にレーザ光を照射するレーザ光学系４１と、前記基板上に配置され、前記レーザ光が通過する一方向に延伸した開口部と、前記開口部の外側に設けられ前記基板の上面に不活性ガスを出射する第１出射孔と、を備えるユニット１０と、を具備し、前記レーザ光は、前記基板に対し前記開口部の延伸方向に走査され、前記ユニットは、前記基板に対し前記延伸方向に交差する方向に移動するレーザアニール装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面において基板を支持するステージと、
前記基板にレーザ光を照射するレーザ光学系と、
前記基板上に配置され、前記レーザ光が通過する一方向に延伸した開口部と、前記開口部の外側に設けられ前記基板の上面に不活性ガスを出射する第１出射孔と、を備えるユニットと、
を具備し、
前記レーザ光は、前記基板に対し前記開口部の延伸方向に走査され、
前記ユニットは、前記基板に対し前記延伸方向に交差する方向に移動することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記ユニットと前記基板との間隔は、前記開口部の幅より小さいことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記開口部の延伸方向の長さは前記基板の直径より長いことを特徴とする請求項１または２記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記第１出射孔は、前記延伸方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記ユニットは、前記第１出射孔の外側に設けられ前記基板の上方からガスを吸引する第１吸引孔を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
前記ユニットの下面に前記開口部と前記第１出射孔とを含む凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のレーザアニール装置。
【請求項７】
第１吸引孔は、前記凹部の外側に設けられていることを特徴とする請求項６記載のレーザアニール装置。
【請求項８】
前記第１出射孔は、前記開口部中心下方向に斜めに前記不活性ガスを出射することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のレーザアニール装置。
【請求項９】
前記ユニットは、前記開口部中心上方向に斜めに前記不活性ガスを出射する第２出射孔を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載のレーザアニール装置。
【請求項１０】
前記ユニットは、前記第２出射孔の外側に設けられ上方からガスを吸引する第２吸引孔を備えることを特徴とする請求項９記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアニール装置に関し、例えば基板上面に不活性ガスを出射するレーザアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板等の基板にレーザ光を照射することにより、基板を熱処理することが知られている。例えば、特許文献１には、ＳｉＣ基板の表面に金属膜を形成し、ＳｉＣのエネルギーバンドのバンドギャップに対応する波長より充分に大きな波長を有するレーザ光を金属膜に照射する。これにより、金属膜を加熱し、金属膜とＳｉＣ基板とをオーミック接触させて金属膜よりオーミック電極を形成するレーザアニール方法が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、密閉容器内に基板を配置し、不活性ガス、還元性ガスを密閉用器内に導入する。密閉容器に設けられたレーザ透過窓を介しレーザ光を基板に照射するレーザアニール装置が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、基板と対向して平行対向体を設け、基板と平行対向体との間に不活性ガスを流す。平行対向体にはレーザ透過窓が設けられており、レーザ光を平行対向体とともに走査することにより、基板表面を熱処理するレーザアニール装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２８４４３６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７１５５１号公報
【特許文献３】特開２００８−２４４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係るレーザアニール方法では、大気中においてアニールされるため、酸素雰囲気中でのアニールを避けたい場合には好ましい方法ではない。特許文献２に係るレーザアニール装置は、不活性ガス雰囲気におけるアニールが可能であるが、密閉用器を用いるため装置が大型化し、密閉容器内を所定のガス雰囲気とするには時間を要する。また、レーザ透過窓を介してレーザ光を基板に照射するため、透過窓を介したレーザ光のエネルギーが透過前と比較して低下する。このように、レーザ光の効率性が悪くなる。さらに、透過窓にゴミなどが付着していた場合には、透過窓に損傷が生じやすい。透過窓に付着したゴミや透過窓の損傷は、アニールのムラの原因となる。特許文献３のレーザアニール装置は、大型の密閉容器を用いない開放型であるものの、平行対向体をレーザ光とともに走査するため、走査に時間が長くなる。また、特許文献２と同様にレーザ透過窓を介してレーザ光を基板に照射する。このように、特許文献２および３においては、生産性が悪い。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、開放型の不活性ガス雰囲気アニールの生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上面において基板を支持するステージと、前記基板にレーザ光を照射するレーザ光学系と、前記基板上に配置され、前記レーザ光が通過する一方向に延伸した開口部と、前記開口部の外側に設けられ前記基板の上面に不活性ガスを出射する第１出射孔と、を備えるユニットと、を具備し、前記レーザ光は、前記基板に対し前記開口部の延伸方向に走査され、前記ユニットは、前記基板に対し前記延伸方向に交差する方向に移動することを特徴とするレーザアニール装置である。本発明によれば、開放型の不活性ガス雰囲気アニールの生産性を向上させることができる。
【０００９】
上記構成において、前記ユニットと前記基板との間隔は、前記開口部の幅より小さい構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記開口部の延伸方向の長さは前記基板の直径より長い構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１出射孔は、前記延伸方向に複数設けられている構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記ユニットは、前記第１出射孔の外側に設けられ前記基板の上方からガスを吸引する第１吸引孔を備える構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記ユニットの下面に前記開口部と前記第１出射孔とを含む凹部が形成されている構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、第１吸引孔は、前記凹部の外側に設けられている構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１出射孔は、前記開口部中心下方向に斜めに前記不活性ガスを出射する構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記ユニットは、前記開口部中心上方向に斜めに前記不活性ガスを出射する第２出射孔を備える構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記ユニットは、前記第２出射孔の外側に設けられ上方からガスを吸引する第２吸引孔を備える構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、開放型の不活性ガス雰囲気アニールの生産性およびアニールの均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施例１に係るレーザアニール装置の模式図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１のユニットおよびステージの上面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、それぞれ実施例１のユニットの上面図、下面図および側面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ実施例１のユニットの上面斜視図および下面斜視図である。
【図５】図５は、実施例１のユニットのＡ−Ａ断面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は、レーザ光の照射方法を示す図である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は、酸素濃度の測定方法を示す図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例２のユニットの上面図、下面図および側面図である。
【図９】図９は、実施例２のユニットのＡ−Ａ断面図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係るレーザアニール装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１に係るレーザアニール装置の模式図である。以下の図において、線状の開口部の延伸方向をＸ方向、ユニット１０の延伸方向をＹ方向、上方向をＺ方向とする。図１を参照し、レーザアニール装置１００は、レーザ光学系４１、ユニット１０、ステージ３４、駆動系２５、吸着パッド３２および光学定盤４０を備えている。レーザ光学系４１は、レーザ４８、光学系４６、スキャナ４４および集光レンズ４２を備えている。光学定盤４０上に光学系４６およびスキャナ４４が配置されている。光学定盤４０には、開口が設けられ、開口内に集光レンズ４２が設けられている。レーザ４８が出射したレーザ光４５は光学系４６を介しスキャナ４４に達する。
【００２２】
スキャナ４４は、駆動素子に取り付けられたミラーを有している。スキャナ４４は、ミラーを駆動することにより、レーザ光４５を基板３０上に走査させる。スキャナ４４としてはガルバノスキャナを用いることができる。ポリゴンミラーを用いてもよい。スキャナ４４により、レーザ光４５を高速に走査することができる。集光レンズ４２は、レーザ光４５を基板３０上面で合焦させる。集光レンズ４２としては、例えばｆθレンズを用いることができる。また集光レンズ４２は、スキャナ４４の前に設けてもよい。さらに、レーザ光学系４１は、ホモジナイザのような均一光学素子を備えていてもよい。このように、レーザ光学系４１により、基板３０に上方からレーザ光４５が照射される。
【００２３】
ステージ３４には、吸着パッド３２が設けられ、吸着パッド３２上に基板３０が真空吸着される。これにより、基板３０がステージ３４の上面に支持される。基板３０上にユニット１０が配置される。ユニット１０は基板３０の上面に不活性ガスを出射する。ステージ３４は固定されており、スキャナ４４により走査されたレーザ光４５が基板３０に照射される。駆動系３５は、ユニット１０を移動させる。
【００２４】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１のユニットおよびステージの上面図である。なお、吸着パッド３２は図示を省略している。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ステージ３４はウエハ状態の基板３０を支持する。ステージ２０の両側にはレール３３が設けられる。レール３３は、ユニット１０をＹ方向に移動可能とし、Ｘ方向の移動を規制する。ユニット１０には線状の開口部１２が設けられている。開口部１２は、例えばＸ方向に延伸している。レーザ光は、開口部１２内を通り基板３０の上面に照射される。
【００２５】
図２（ａ）のように、ユニット１０が、基板３０の上方に移動した状態で、レーザ光が基板３０上に照射される。図２（ｂ）のように、ユニット１０が基板３０から退避した状態で、基板３０のステージ３４上への脱着が可能となる。
【００２６】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、それぞれ実施例１のユニットの上面図、下面図および側面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ実施例１のユニットの上面斜視図および下面斜視図である。図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、ユニット１０の上面において、線状の開口部１２の両側に第２出射孔２２がＸ方向に複数設けられている。開口部１２の上部には傾斜面２４が形成されている。第２出射孔２２は、傾斜面２４に形成されている。図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、ユニット１０の下面において、線状の開口部１２の両側に第１出射孔１４ａがＸ方向に複数設けられている。第１出射孔１４ａの外側に第１出射孔１４ｂがＸ方向に複数設けられている。開口部１２の下部には傾斜面１７が形成されている。第１出射孔１４ａは、傾斜面１７に形成されている。第１出射孔１４ｂは凹部１８内に設けられている。凹部１８の外側には第１吸引孔１６がＸ方向に複数設けられている。
【００２７】
図３（ｃ）、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ユニット１０の側面にガス導入管２６およびガス導出管２８が設けられている。ガス導入管２６およびガス導出管２８は、ユニット１０内をＸ方向に延伸している。ガス導入管２６には矢印のように不活性ガスが導入され、ガス導出管２８から矢印のようにガスが導出される。ガス導入管２６およびガス導出管２８は、ユニット１０を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。
【００２８】
図３（ａ）および図３（ｂ）を参照し、開口部１２の長さＬ１は、例えば１６０ｍｍであり基板３０の直径より長いことが好ましい。開口部１２の幅Ｗ１は、例えば１ｍｍから１０ｍｍである。第１出射孔１４ａの間隔Ｌ２、第２出射孔２２の間隔Ｌ２および第１吸引孔１６の間隔Ｌ２は、例えば１ｍｍから２０ｍｍである。第１出射孔１４ａと１４ｂとの間隔Ｌ３は、例えば２ｍｍから２０ｍｍである。第１出射孔１４ｂと第１吸引孔１６との間隔Ｌ４は、例えば２ｍｍから２０ｍｍである。第１出射孔１４ａ、１４ｂ、第２出射孔２２および第１吸引孔１６の直径は、例えば０．２ｍｍから２ｍｍである。
【００２９】
図５は、実施例１のユニット１０のＡ−Ａ断面図である。図５に示すように、開口部１２がユニット１０をＺ方向（上下方向）に貫通している。ユニット１０の下面においては、開口部１２を含むように凹部１８が設けられている。開口部１２の下部には、下に行くにつれ開口部１２の幅が大きくなるような傾斜面１７が形成されている。第１出射孔１４ａおよび１４ｂは、ガス導入管２６に接続されている。第１出射孔１４ａおよび１４ｂから矢印のように不活性ガスが出射される。第１出射孔１４ａは斜めに形成されているため、開口部１２の中心方向に不活性ガスを出射することができる。出射された不活性ガスは凹部１８内を満たす。凹部１８の外側に第１吸引孔１６が設けられている。第１吸引孔１６は、ガス導出管２８に接続されている。第１吸引孔１６は、凹部１８から溢れたガスを吸引する。これにより、ユニット１０の外側から凹部１８内に大気が混入することを抑制できる。
【００３０】
ユニット１０の上面においては、開口部１２の上部には、上に行くに従い開口部１２の幅が大きくなるような傾斜面２４が形成されている。第２出射孔２２は、ガス導入管２６に接続されている。第２出射孔２２から矢印のように不活性ガスが出射される。第２出射孔２２は斜めに形成されているため、中心方向に不活性ガスを出射することができる。出射された不活性ガスは開口部１２内を満たす。これにより、開口部１２を介し凹部１８内に大気が混入することを抑制できる。凹部１８内への大気の流入を抑制するため、ユニット１０下面と基板３０との間隔Ｓは、開口部１２の幅Ｗより小さいことが好ましい。間隔Ｓは、２ｍｍ以下が好ましい。
【００３１】
図６（ａ）から図６（ｃ）は、レーザ光の照射方法を示す図である。図６（ａ）から図６（ｃ）においては、基板３０とユニット１０を図示している。図６（ａ）に示すように、ユニット１０を基板３０に配置する。駆動系３５がユニット１０を停止させた状態で、レーザ光学系４１は、レーザ光を基板３０上に矢印５０ａのようにＸ方向に走査する。図６（ｂ）に示すように、駆動系３５はユニット１０をＹ方向に移動させる。駆動系３５がユニット１０を停止させた状態で、レーザ光学系４１は、レーザ光を基板３０上に矢印５０ｂのように−Ｘ方向に走査する。図６（ｂ）に示すように、駆動系３５はユニット１０をＹ方向に移動させる。駆動系３５がユニット１０を停止させた状態で、レーザ光学系４１は、レーザ光を基板３０上に矢印５０ｃのようにＸ方向に走査する。
【００３２】
以上のように、レーザ光学系４１は、レーザ光を開口部１２を介し基板３０にＸ方向に走査する。レーザ光学系４１がレーザ光をＹ方向に移動するのに同期し、駆動系３５はユニット１０をＹ方向に移動させる。これにより、基板３０全体にレーザ光を走査できる。なお、駆動系３５はユニット１０を連続的に移動させてもよい。また、駆動系３５は、レーザ光学系４１がレーザ光を複数回走査させるごとにユニット１０を移動させてもよい。
【００３３】
基板３０表面の酸素濃度を測定した。図７（ａ）から図７（ｃ）は、酸素濃度の測定方法を示す図である。図７（ａ）は、基板３０の上面斜視図、図７（ｂ）は、ユニットと基板の断面図、図７（ｃ）はユニットの上面図である。図７（ａ）に示すように、６インチのシリコン基板３０に貫通孔を形成し、酸素濃度測定のためのガスセンサ５２を貫通孔に固定した。図７（ｂ）に示すように、ユニット１０を基板３０上に配置した。図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、基板３０の中心を測定位置Ａ、基板３０の端を測定位置Ｃ、測定位置ＡとＣとの中間を測定位置Ｂとした。
【００３４】
開口部１２の長さＬ１を１６０ｍｍ、開口部１２の幅Ｗ１を６ｍｍ、第１出射孔１４、第２出射孔２２および第１吸引孔１６の直径を１．５ｍｍ、各孔の間隔Ｌ２を１０ｍｍ、基板３０とユニット１０との間隔Ｓを２ｍｍとした。
【００３５】
不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を用い、窒素ガスの流量を変え、測定位置Ａ、ＢおよびＣにおける酸素濃度を測定した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００３６】
表１に示すように、窒素ガス流量が５０Ｌ／分、２５Ｌ／分および１０Ｌ／分いずれの場合も酸素濃度は０．１％以下であった。
【００３７】
実施例１によれば、図５のように、ユニット１０はレーザ光４５が通過する開口部１２と、開口部１２の外側に設けられ基板３０の上面に不活性ガスを出射する第１出射孔１４と、を備える。これにより、基板３０の上面に不活性ガス雰囲気を形成できる。よって、基板３０の上面における酸素等の濃度を低減できる。さらに、開口部１２を介しレーザ光４５が基板３０に照射されるため、特許文献２および３のように、レーザ透過窓が設けられていない。よって、レーザ光のエネルギーが低下しない。さらに、透過窓に付着したゴミおよび／または透過窓の損傷によりアニールのムラが生じることもない。さらに、特許文献２のように密閉容器を用いないため、小型化が可能である。また、密閉容器内を所定のガス雰囲気とするための時間を要しない。
【００３８】
さらに、図６（ａ）から図６（ｃ）のように、開口部１２は一方向（Ｘ方向）に延伸しており、レーザ光は、基板３０に対し開口部１２の延伸方向（Ｘ方向）に走査され、ユニット１０は、基板３０に対し延伸方向に交差する方向（例えば開口部１２の幅方向）に移動する。これにより、ユニット１０は、開口部１２の延伸方向に交差する方向にのみレーザ光の走査と同期して移動すればよい。これにより、レーザ光の走査速度を向上できる。例えばスキャナ４４を用いレーザ光を走査することにより、レーザ光の走査速度を向上できる。このように、レーザアニール装置の生産性を向上させ、かつアニールの均一性を向上させることができる。
【００３９】
開口部１２が一方向に延伸しているため、開口部１２からの大気の流入を抑制できる。これにより、開口部１２からの大気の流入を抑制できる。例えば、開口部１２のＸ方向の長さＬ１に比べ幅Ｗ１が短い。例えば、開口部１２の形状は、線状であることが好ましい。例えば、Ｌ１／Ｗ１は１０以上であることが好ましく、２０以上がより好ましい。
【００４０】
また、ユニット１０と基板３０との間隔Ｓは、開口部１２の幅Ｗより小さい。これにより、開口部１２からの大気の流入を抑制できる。
【００４１】
さらに、開口部１２の延伸方向の長さは基板３０の直径より長い。これにより、ユニット１０を延伸方向に移動させなくてもよい。
【００４２】
さらに、第１出射孔１４および第１吸引孔１６は、それぞれ延伸方向に複数設けられている。これにより、基板３０上面の酸素等の濃度をより低減できる。
【００４３】
さらに、ユニット１０は、第１出射孔１４の外側に設けられ基板３０の上方からガスを吸引する第１吸引孔１６を備える。これにより、ユニット１０の外側からの大気の流入を抑制できる。
【００４４】
さらに、ユニット１０の下面に開口部１２と第１出射孔１４とを含む凹部１８が形成されている。これにより、凹部１８内に不活性ガスを留めることができる。よって、基板３０の上面の酸素等の濃度をより低減できる。
【００４５】
さらに、第１吸引孔１６は、凹部１８の外側に設けられている。これにより、凹部１８内に不活性ガスをより留めることができる。
【００４６】
さらに、第１出射孔１４ａは、開口部１２中心下方向に斜めに不活性ガスを出射する。これにより、開口部１２下の基板３０上面の酸素濃度をより低減できる。
【００４７】
さらに、ユニット１０は、開口部１２中心上方向に斜めに不活性ガスを出射する第２出射孔２２を備える。これにより、開口部１２の上方から大気が流入することを抑制できる。
【実施例２】
【００４８】
図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例２のユニットの上面図、下面図および側面図である。図８（ａ）に示すように、ユニット１０の上面において、第２出射孔２２の外側に第２吸引孔２９がＸ方向に複数設けられている。図８（ｃ）に示すように、ユニット１０の側面にガス導出管２７が設けられている。ガス導出管２７は、ユニット１０内をＸ方向に延伸している。ガス導出管２７からガスが導出される。
【００４９】
図９は、実施例２のユニット１０のＡ−Ａ断面図である。図９に示すように、第２出射孔２２の外側に第２吸引孔２９が設けられている。第２吸引孔２９は、ガス導出管２７に接続されている。第２吸引孔２９は、開口部１２から溢れたガスを吸引する。これにより、ユニット１０の外側から開口部１２内に大気が混入することを抑制できる。その他の構成は、実施例１と同じであり、説明を省略する。
【００５０】
実施例２によれば、ユニット１０は、第２出射孔２２の外側に設けられ上方からガスを吸引する第２吸引孔２９を備える。これにより、開口部１２の上方より基板３０の上面に大気が流入することを抑制できる。
【実施例３】
【００５１】
図１０は、実施例３に係るレーザアニール装置の模式図である。図１０に示すように、レーザ光学系４１は、スキャナを備えていない。ステージ３４を駆動する駆動系３１が設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり、説明を省略する。
【００５２】
実施例３のように、レーザ光４５を固定し、ステージ３４を移動させることにより、レーザ光４５を基板３０に対し走査してもよい。また、ユニット１０を固定し、ステージ３４を移動させることにより、ユニット１０を基板３０に対し移動してもよい。
【００５３】
実施例１から３において、ＳｉＣ基板の上面に形成された金属膜の熱処理を行なうためには、２４０ｎｍから３８０ｎｍの波長を有するレーザ光であることが好ましい。レーザとして、ＫｒＦレーザ（波長が２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザ（波長が３０８ｎｍ）およびＸｅＦレーザ（波長が３５３ｎｍ）等のエキシマレーザ、またはＹＡＧ、ＹＬＦおよびＹＶＯ４等の固体レーザを用いることができる。実施例１から３に係るレーザアニール装置を用い、ＳｉＣ基板の基板を熱処理することもできる。レーザの種類、波長は熱処理する基板等により適宜選択することができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、長周期表第１８元素（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、ウンウンオクチウム）等、またはこれらの混合ガスを用いることができる。
【００５４】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０        ユニット
１２        開口部
１４        第１出射孔
１６        凹部
１８        第１吸引孔
２２        第２出射孔
２６        第２吸引部
３０        基板
３４        ステージ
４１        レーザ光学系
４５        レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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