[發明專利]激光處理裝置和激光處理方法

有效

• 申請號: 201280003296.1
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN103155106A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 小林直之;山口芳廣;清野俊明;工藤利雄
• 申請（專利權）人: 株式會社日本制鋼所
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;B23K26/00;B23K26/06;B23K26/073;B23K26/08;H01L21/20;H01L21/265
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

技術領域

本發明涉及用激光照射被處理體來進行規定處理的激光處理裝置和激光處理方法。

背景技術

在半導體裝置的制造工序中，對于利用離子注入等來導入雜質的半導體晶圓，進行目的在于激活雜質和恢復晶體損傷的熱處理等。作為這種熱處理的方法，已知除了在加熱爐內加熱半導體晶圓的爐內退火之外，還有通過對半導體晶圓照射激光來加熱的激光退火。

作為激光退火，例如，提出了用波長不同的兩個激光來照射半導體晶圓等襯底的方法(參照專利文獻1和專利文獻2)。

專利文獻1中記載了，用均為連續振蕩激光的第一激光和波長與第一激光不同的第二激光同時照射半導體晶圓的同一表面，來激活半導體晶圓中注入的雜質的半導體裝置的製造方法。專利文獻1中，第一激光和第二激光在半導體晶圓上的移動速度相同，通過控制第一激光和第二激光在移動方向上的束點尺寸來控制兩束激光的照射時間，從而控制半導體晶圓在深度方向上的溫度分布。還有，專利文獻1中記載了，通過驅動工作臺使半導體晶圓以一定速度移動，來使第一激光和第二激光在半導體晶圓上的照射位置以一定速度移動的方法。

另外，專利文獻2中記載了，在用基波光脈沖和高次諧波光脈沖對被照射試樣進行聚光照射的雙波長激光表面處理裝置中，使基波光脈沖或高次諧波光脈沖中的任一個延遲，從而在兩個脈沖之間至少產生光脈沖的脈沖時寬以上的延遲。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:特許4117020號公報

專利文獻2:特開昭56-29323號公報

發明內容

然而，如專利文獻1所描述，在使用連續振蕩激光時存在下述問題。

首先，在使用連續振蕩激光的情況下，通過使工作臺移動來移動激光在半導體晶圓上的照射位置，因此，難以實現1微秒以下這樣短時間的照射時間。例如，為了實現1微秒以下的照射時間，如果半導體晶圓上會聚的激光光束寬度為10μm，則需要以10m/秒的高速使工作臺移動。如果以這樣的高速移動工作臺，則激光的照射位置周圍會有湍流等發生，其結果是難以將半導體晶圓穩定地加熱到規定的溫度。

另外，在使用連續振蕩激光的情況下，難以相互獨立地控制波長不同的兩個激光的照射時間。例如，用可見激光和近紅外激光照射半導體晶圓時，對于可被半導體晶圓良好吸收的可見激光而言，優選的是經短時間的照射將半導體晶圓熔融的狀況。與此形成對比，對于近紅外激光而言，為了使整個半導體晶圓的溫度上升，優選的是以比可見激光的照射時間要長的照射時間進行照射。具體地說，優選可見激光的照射時間是1微秒左右，而優選近紅外激光的照射時間是100微秒左右。在使用連續振蕩激光的情況下，難以如上述那樣按照不同的激光波長來以不同的照射時間進行激光照射。

并且，還存在對可見激光進行連續振蕩的激光振蕩器價格昂貴的難處。例如，功率為10W的對綠色激光進行連續振蕩的激光振蕩器的售價高達數百萬日元左右。與此形成對比，功率100W的對綠色激光進行脈沖振蕩的激光振蕩器的售價為1千萬日元左右。這樣，如果是對綠色激光進行振蕩的激光振蕩器，以單位功率價格來看，連續振蕩的激光振蕩器要比脈沖振蕩的激光振蕩器價格貴約5倍。

另外，如專利文獻1所描述，在通過移動工作臺來使激光向半導體晶圓的照射位置移動的情況下，溫度監測器相對于連續振蕩激光的相對位置關系被固定為一定。因此，難以測定半導體晶圓上照射位置處的溫度履歷。其結果是，在進行激活注入半導體晶圓的雜質的激活退火的情況下，難以估計在該過程中重要的退火后冷卻時間。

另外，對于激光掃描，專利文獻2中記載了將被照射試樣裝在微動載物臺上，能夠任意選擇要進行表面處理的位置、部位。然而，在這種情況下也難以估計如上所述的退火后冷卻時間。

不過，就激光的射束形狀而言，例如認為將其整形成線狀。然而，在照射射束形狀被整形為線狀的兩種波長的激光時，不容易調整光學系統等，以使得在整個射束長度范圍內將上述線狀的激光以相同條件進行合波。

另外，在移動工作臺來掃描激光的結構中，為了用激光照射整個半導體晶圓，需要折返地移動工作臺。在這種情況下，如果整形成線狀的激光的射束長度為幾毫米，與半導體晶圓的大小相比射束長度較小，因此，工作臺要折返移動很多次。由于工作臺具有重量，因而，為了進行折返移動，加速減速需要1秒左右的時間。因此，例如在用射束長度2mm左右的激光來照射200mm的半導體晶圓的整個半導體晶圓的情況下，對于每片半導體晶圓，除了照射時間以外，還需要100次×1秒=100秒的折返時間，因此，這種方式的生產率低下。