(57)【要約】【課題】半導体ウェーハなどの被照射物をより均質な紫外光，可視光または赤外線などの光線または熱線で照射する照射装置を提供する。【解決手段】加熱源としてのレーザ源１１と、このレーザ源１１のレーザ光を拡大するビームエキスパンダ１２と、このビームエキスパンダ１２のレーザ光を拡大する内側環状プリズム部材１４と外側環状プリズム部材１５とを備える環状プリズム１３を設けた。レーザ源１の直径寸法がｄ１のレーザ光Ｌ１を、ビームエキスパンダ１２で直径寸法がｄ２のレーザ光Ｌ２に拡大し、さらにこのレーザ光Ｌ２を環状プリズム１３によって直径寸法がｄ３のレーザ光Ｌ３に拡大して、半導体ウェーハなどの被照射物Ｗの全面に照射する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射物の面積に比較して小さい面積の光源または加熱源から大面積の被照射物に紫外光，可視光または赤外線などの光線または熱線を照射する照射装置において、
前記光源または加熱源の光線または熱線を拡大するエキスパンダを設けると共に、エキスパンダの光線または熱線を拡大する環状プリズムを設けたことを特徴とする照射装置。
【請求項２】
前記加熱源がレーザ源であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記環状プリズムが、内側環状プリズム部材と、外側環状プリズム部材とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。
【請求項４】
前記環状プリズムのハーフミラーの透過率および／または反射率を、被照射物の中央部に対応する部分と周辺部に対応する部分とで異ならせて、被照射物の中央部と周辺部とを同一温度にすることを特徴とする請求項３に記載の照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は照射装置に関し、詳しくは半導体ウェーハなどの大面積を有する被照射物に光線または熱線を照射して光加工またはアニール処理などを行う場合に用いる照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
個別半導体装置や半導体集積回路装置を製造する場合、通常、円柱状のインゴットをスライスして半導体ウェーハを製作し、この半導体ウェーハに不純物のイオン注入、拡散、押し込みなどの加工を行っている。前記の不純物のイオン注入、拡散、押し込み加工によって、半導体ウェーハに応力が残存し、あるいはその応力によって、半導体ウェーハに湾曲が生じる。
【０００３】
また、半導体ウェーハ上に絶縁膜を形成する場合、半導体ウェーハと絶縁膜との熱膨張係数差に起因して、半導体ウェーハに応力が残存したり湾曲が生じたりする。この半導体ウェーハの残存応力や湾曲は、絶縁膜の焼き締め、流動化、平坦化処理などの後加工の加熱処理によって、さらに増大される場合がある。
【０００４】
もし、製造プロセス途中の半導体ウェーハに湾曲が生じると、後工程で各種加工を施す場合に、いろいろな不都合がある。例えば、半導体ウェーハにマスクを密着または準密着（プロキシミティ）状態で半導体ウェーハの全面に一括露光する場合、半導体ウェーハとマスクが密着または準密着状態の部分では、ほぼ正確なパターンの露光が可能であるが、半導体ウェーハとマスクが離れた状態の部分では、正確なパターン露光ができない。あるいは、半導体ウェーハの一部のみに所定パターンでショット露光を行い、このショット露光動作を半導体ウェーハの全面に繰り返すステップアンドリピートにより露光する場合は、半導体ウェーハの湾曲のない部分では正確なパターンで露光されるが、湾曲した部分では、焦点がボケて正確なパターンの露光ができないといった事態が生じる。
【０００５】
しかも、後工程で加熱を伴う場合は、前記半導体ウェーハ内の残存応力または湾曲が増大するため、前述の不都合がますます顕著になる。
【０００６】
そこで、上記のイオン注入、拡散、押し込みなどの工程の後、あるいは絶縁膜の形成後などに、半導体ウェーハをアニール処理して、残存応力または湾曲を除去するようにしている（例えば、非特許文献１、２参照。）。
【０００７】
従来は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すような、アニール装置２０を使用している。図４（Ａ）はアニール装置２０の正面図で、図４（Ｂ）は下部加熱体２２の平面図である。このアニール装置２０は、上下加熱体２１，２２の対向面に、断面形状が放物線状の凹部反射面２３，２４を有し、凹部反射面２３，２４には赤外線の反射効率を高めるために、金めっき処理が施されている。前記各凹部反射面２３，２４の焦点部分には、直線状の赤外線ランプ２５，２６が配置されている。なお、上下加熱体２１，２２の凹部反射面２３，２４は、均一加熱を行うために、半ピッチだけずらせて設けられている。
【０００８】
前記上下加熱体２１，２２間に半導体ウェーハＷを配置して、各赤外線ランプ２５，２６を点灯して、あるいは、予め各赤外線ランプ２５，２６を点灯しておいて、上下加熱体２１，２２間に半導体ウェーハＷを配置して、各赤外線ランプ２５，２６の赤外線を凹部反射面２３，２４で反射して、平行赤外線として半導体ウェーハＷに上下面から照射して、半導体ウェーハＷの残存応力または湾曲を除去するアニール処理を施すことが可能である。
【０００９】
【非特許文献１】
株式会社オーム社昭和６０年８月２０日発行「半導体ハンドブック（第２版）Ｐ．２６８〜２６９」
【非特許文献２】
徳山，稲本，池田．応用物理，３９，Ｐ．５９６（１９７０）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のアニール装置２０においては、赤外線ランプ２５，２６の点灯によって放射される赤外線を、凹部反射面２３，２４で反射して半導体ウェーハＷに照射するものであるため、半導体ウェーハＷに照射される赤外線の均一化には限度があった。すなわち、赤外線ランプ２５，２６が直線状のものであるため、その長さ方向の赤外線の輻射エネルギ強度と、それと直交する方向の赤外線の輻射エネルギ強度とに差があり、赤外線ランプ２５，２６の配置に沿った縞状の温度分布が生じるために、均一なアニール処理ができなかった。
【００１１】
このような構成の装置は、アニール装置だけでなく、可視光線を用いた照明装置や、乾燥装置などにも採用されているが、いずれも直線状の可視光線ランプや赤外線ランプを用いることに起因して、照明ムラや加熱ムラが生じていた。
【００１２】
そこで、本発明は、半導体ウェーハなどの被照射物により均一な紫外光，可視光または赤外線などの光線または熱線が照射できる照射装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決する手段】
本発明の請求項１に記載された照射装置は、上記課題を解決するために、被照射物の面積に比較して小さい面積の光源または加熱源から大面積の被照射物に紫外光，可視光または赤外線などの光線または熱線を照射する照射装置において、前記光源または加熱源の光線または熱線を拡大するエキスパンダを設けると共に、エキスパンダの光線または熱線を拡大する環状プリズムを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記請求項１に記載の照射装置によれば、面積が小さい光源または加熱源から放射される紫外光，可視光または赤外線などの光線または熱線をエキスパンダで径方向に拡大し、このエキスパンダで拡大された光線または熱線を環状プリズムでさらに径方向に拡大することによって、半導体ウェーハなどの被照射物により均一な光線または熱線を照射することができ、例えば、非照射物に残存する応力や湾曲をより確実に除去することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載された照射装置は、前記加熱源がレーザ源であることを特徴とするものである。
【００１６】
上記請求項２に記載の照射装置によれば、加熱源としてレーザ源を用いるので、従来のハロゲンランプなどの赤外線ランプに比較して、半導体ウェーハなどの被照射物に、より強力な熱エネルギを照射して加熱することができ、例えば、高速アニール処理が可能になる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載された照射装置は、前記環状プリズムが、内側環状プリズム部材と、外側環状プリズム部材とを備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
上記請求項３に記載の照射装置によれば、エキスパンダによって径方向に拡大された光線または熱線を、内側環状プリズム部材でさらに径方向に拡大すると共に、内側環状プリズム部材および外側環状プリズム部材によって軸方向に方向を変更して被照射物に平行ビーム状に照射することができる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載された照射装置は、前記環状プリズムのハーフミラーの透過率および／または反射率を、被照射物の中央部に対応する部分と周辺部に対応する部分とで異ならせて、被照射物の中央部と周辺部とを同一温度にすることを特徴とするものである。
【００２０】
上記請求項４に記載の照射装置によれば、被照射物の周辺部からの空気中への熱伝導や輻射熱により周辺部の温度が中央部の温度よりも低下する、所謂、端冷効果現象による周辺部の温度低下を補償して、半導体ウェーハなどの被照射物の全面を均一に加熱して、均一なアニール処理などを施すことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の照射装置の縦断面図を示す。図１は、加熱源にレーザ源を用いた照射装置１０の正断面図で、図２は図１の照射装置１０の下面図を示す。図３はレーザ光の拡大動作を説明するレーザ光の平面図である。
【００２２】
図１および図２において、１１は加熱源であるシングルモードのレーザ源で、その下方にビームエキスパンダ１２が配置されており、このビームエキスパンダ１２の下方に環状プリズム１３が配置されている。この環状プリズム１３は、ビームエキスパンダ１２の下方に配置された内側環状プリズム部材１４と、この内側環状プリズム１４の外周に配置された外側環状プリズム部材１５とを備えている。
【００２３】
内側環状プリズム部材１４は、断面形状が截頭円錐形状で、内側傾斜面外面のハーフミラー１４ａと、外側傾斜面内面のハーフミラー１４ｂとを備えている。この内側環状プリズム部材１４のハーフミラー１４ａ，１４ｂの透過率および／または反射率は、これらのハーフミラー１４ａ，１４ｂを透過および／または反射したレーザ光が、半導体ウェーハなどの被照射物Ｗの表面に均一に照射されるように設定されている。また、外側環状プリズム部材１５は、内側傾斜面に反射ミラー１５ａを備えている。この反射ミラー１５ａは全反射するように設定されている。
【００２４】
次に、上記の照射装置１０の動作について説明する。レーザ源１１を動作させると、レーザ源１１からの直径寸法ｄ１のレーザ光Ｌ１｛図３（Ａ）参照｝がビームエキスパンダ１２に照射される。このレーザ光Ｌ１は、ビームエキスパンダ１２で直径寸法ｄ２のレーザ光Ｌ２｛図３（Ｂ）参照｝に拡大される。さらに、このビームエキスパンダ１２で拡大されたレーザ光Ｌ２は、環状プリズム１３によって直径寸法ｄ３のレーザ光Ｌ３｛図３（Ｃ）参照｝に拡大されて、被照射物である半導体ウェーハＷの全面に照射される。
【００２５】
このように加熱源としてシングルモードのレーザ源１１を用いると、赤外線ランプ２５，２６に比較して、高速応答性と高温性に優れ、例えば、赤外線ランプ２５，２６では実現が困難な、ＳｉＣの２０００℃でのアニール処理も可能になる。
【００２６】
なお、半導体ウェーハを加熱する場合、半導体ウェーハの周辺部は空気への熱伝導および熱輻射によって熱が放散され易いため、半導体ウェーハの全面に均等に輻射エネルギを照射した場合は、周辺部の温度が中央部の温度よりも低下する、所謂、端冷効果現象が生じる。このような端冷効果現象にも拘わらず半導体ウェーハ全面の加熱温度を均一にするためには、周辺部に照射するレーザ光の輻射エネルギを中央部に照射するレーザ光の輻射エネルギよりも大きくする必要がある。図４（Ａ）（Ｂ）に示す従来のアニール装置では、このような要求には全く応えることができなかったが、本発明では、環状プリズム１３の内側環状プリズム部材１４のハーフミラー１４ａ，１４ｂの透過率および／または反射率を適宜設定することによって、そのような要求に応えることが可能である。
【００２７】
なお、環状プリズム１３の内側環状プリズム部材１４および外側環状プリズム部材１５を大径にして、それぞれのハーフミラー１４ａ，１５ａの傾斜角度を小さくしたり、あるいは環状プリズム１３を多段に配置したりすることによって、さらに大面積の半導体ウェーハＷのアニール処理を行なうことができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、半導体ウェーハのアニール処理について説明したが、本発明の照射装置は、他の金属または合金や金属間化合物、さらにはセラミックなどの加工歪みのアニール処理にも適用することができる。
【００２９】
また、アニール処理のみならず、乾燥装置に適用することができるし、例えば、光源として紫外線光源を用いて、紫外線照射による露光処理にも適用することができる。さらに、光源として可視光線源を用いて、可視光線による処理を行う場合にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の照射装置は、被照射物の面積に比較して小さい面積の光源または加熱源から大面積の被照射物に紫外光，可視光または赤外線などの光線または熱線を照射する照射装置において、前記光源または加熱源の光線または熱線を拡大するエキスパンダを設けると共に、エキスパンダの光線または熱線を拡大する環状プリズムを設けたことを特徴とするものであるから、光源または加熱源からの光線または熱線がエキスパンダによって拡大され、さらに環状プリズムによって拡大されるので、大面積の半導体ウェーハなどの被照射物全面に光線または熱線を照射することができる。しかも、従来の直線状の赤外線ランプからの赤外線を凹部反射面で反射して半導体ウェーハなどの被照射物に照射するものに比較して、より均一に光線または熱線を照射することができる。また、加熱装置では、必要に応じて、被加熱物の周辺部に中央部よりも大きな熱エネルギを照射して、端冷効果による被加熱物周辺部の温度低下を補償して、被加熱物全面を均一な温度で加熱することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る照射装置の概略縦断面図である。
【図２】図１に示す本発明の照射装置における環状プリズムの下面図である。
【図３】図１の照射装置におけるレーザ光の拡大動作について説明するレーザ光スポットの平面図である。
【図４】（Ａ）は従来のアニール装置の縦断面図、
（Ｂ）は従来のアニール装置における下部加熱体の平面図である。
【符号の説明】
１０  照射装置
１１  レーザ源（加熱源）
１２  ビームエキスパンダ
１３  環状プリズム
１４  内側環状プリズム部材
１４ａ，１４ｂ  ハーフミラー
１５  外側環状プリズム部材
１５ａ  反射ミラー
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  レーザ光
ｄ１，ｄ２，ｄ３  レーザ光の直径寸法
【図１】
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【図２】
2004158649.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004158649.tif 000006