JPH0456454B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0456454B2 JPH0456454B2 JP58100823A JP10082383A JPH0456454B2 JP H0456454 B2 JPH0456454 B2 JP H0456454B2 JP 58100823 A JP58100823 A JP 58100823A JP 10082383 A JP10082383 A JP 10082383A JP H0456454 B2 JPH0456454 B2 JP H0456454B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- electron beam
- annealing
- photodetector
- electron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
- H10P95/90—Thermal treatments, e.g. annealing or sintering
Landscapes
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、電子ビームアニール装置に係わり、
特に電子ビームの焦点位置ずれ補正機能を備えた
電子ビームアニール装置に関する。
特に電子ビームの焦点位置ずれ補正機能を備えた
電子ビームアニール装置に関する。
近年、電子ビームやレーザビーム等のエネルギ
ビームを利用し、Si、Ge、Ga、Asを始めとする
半導体試料、Al、Mo、Ｗ等の金属試料或いは金
属化合物試料を熱処理（アニール）するビームア
ニール装置が開発されている。そして、この装置
を用い試料を短時間、局所的にアニールすること
により、半導体デバイスの高速化、高集積化、多
機能化をはかり得、新機能及び新構造のデバイス
実現等の可能性が開けてきている。
ビームを利用し、Si、Ge、Ga、Asを始めとする
半導体試料、Al、Mo、Ｗ等の金属試料或いは金
属化合物試料を熱処理（アニール）するビームア
ニール装置が開発されている。そして、この装置
を用い試料を短時間、局所的にアニールすること
により、半導体デバイスの高速化、高集積化、多
機能化をはかり得、新機能及び新構造のデバイス
実現等の可能性が開けてきている。
第１図は従来の電子ビームアニール装置を示す
概略構成図であり、図中１は試料室、２は光学鏡
筒、３は電子銃、４，５はレンズ、６は偏向器、
７は試料、８は試料ステージを示している。この
装置では、電子銃３から放射された電子ビームを
レンズ４，５により集束すると共に、偏向器６に
より上記ビームを試料７上で走査して試料７のア
ニール、例えばエピタキシヤル成長や溶融再結晶
等を行つている。
概略構成図であり、図中１は試料室、２は光学鏡
筒、３は電子銃、４，５はレンズ、６は偏向器、
７は試料、８は試料ステージを示している。この
装置では、電子銃３から放射された電子ビームを
レンズ４，５により集束すると共に、偏向器６に
より上記ビームを試料７上で走査して試料７のア
ニール、例えばエピタキシヤル成長や溶融再結晶
等を行つている。
しかしながら、この種の装置にあつては次のよ
うな問題があつた。すなわち、アニール中に電子
の衝撃によつて電子銃の温度が変化し、この変化
により陰極、グリツド及び陽極等の間の寸法が微
妙に変わり、電子ビームの焦点位置が試料上でず
れてしまうと云う現象が起こる。電子ビームの焦
点位置ずれが生じると、アニール中におけるビー
ムエネルギ密度が低くなり、アニール不足といつ
た状態が生じる。このため、アニール後の試料の
特性にバラツキが生じる虞れがあつた。
うな問題があつた。すなわち、アニール中に電子
の衝撃によつて電子銃の温度が変化し、この変化
により陰極、グリツド及び陽極等の間の寸法が微
妙に変わり、電子ビームの焦点位置が試料上でず
れてしまうと云う現象が起こる。電子ビームの焦
点位置ずれが生じると、アニール中におけるビー
ムエネルギ密度が低くなり、アニール不足といつ
た状態が生じる。このため、アニール後の試料の
特性にバラツキが生じる虞れがあつた。
本発明の目的は、電子ビームの焦点位置ずれを
防止することができ、アニールの均一性向上及び
再現性向上をはかり得る電子ビームアニール装置
を提供することにある。
防止することができ、アニールの均一性向上及び
再現性向上をはかり得る電子ビームアニール装置
を提供することにある。
本発明の骨子は、アニール時に被アニール試料
から発せられる光を検出し、この光の強度に応じ
て電子ビームの焦点位置ずれを補正する、即ちビ
ームエネルギー密度を最大とすることを目的とす
る。
から発せられる光を検出し、この光の強度に応じ
て電子ビームの焦点位置ずれを補正する、即ちビ
ームエネルギー密度を最大とすることを目的とす
る。
Si等の被アニール試料に電子ビームを照射して
加熱すると、試料からは熱輻射による光以外に試
料構成元素に固有の結合振動に基づく光が発生す
る。この固有の結合振動に基づく光は熱輻射によ
る光が赤外、遠赤外などの波長の長い光であるの
に対し、波長が短く、試料の加熱により発生する
光のうち最短波長に属する。この最短波長成分は
可視乃至紫外領域に属し、赤外、遠赤外領域に属
する熱輻射による光とは明確に区別されると同時
に、熱輻射による光と異なり、直接試料から発生
するため、応答性が速く、且つ試料温度によつて
その強度が大きく変わる。
加熱すると、試料からは熱輻射による光以外に試
料構成元素に固有の結合振動に基づく光が発生す
る。この固有の結合振動に基づく光は熱輻射によ
る光が赤外、遠赤外などの波長の長い光であるの
に対し、波長が短く、試料の加熱により発生する
光のうち最短波長に属する。この最短波長成分は
可視乃至紫外領域に属し、赤外、遠赤外領域に属
する熱輻射による光とは明確に区別されると同時
に、熱輻射による光と異なり、直接試料から発生
するため、応答性が速く、且つ試料温度によつて
その強度が大きく変わる。
したがつて、電子ビームの焦点位置が試料表面
に合つているときは、試料表面の温度は最も高
く、焦点位置がずれる程温度が低くなるが、上記
最短波長成分を検出することにより試料の表面温
度が分り、更に最短波長成分の強度が最大となる
ようにレンズ系を制御すれば、電子ビームの焦点
位置を試料表面に合わせることが可能となる。
に合つているときは、試料表面の温度は最も高
く、焦点位置がずれる程温度が低くなるが、上記
最短波長成分を検出することにより試料の表面温
度が分り、更に最短波長成分の強度が最大となる
ようにレンズ系を制御すれば、電子ビームの焦点
位置を試料表面に合わせることが可能となる。
本発明はこのような点に着目し、電子銃から放
射された電子ビームをレンズ系により被アニール
シリコン試料表面に集束し、該試料をアニールす
る電子ビームアニール装置において、上記試料か
ら発せられる光の最短波長成分を検出する光検出
部と、この光検出部の検出信号を入力し該信号の
強度が最大となるように前記レンズ系をフイード
バツク制御して前記試料表面のビームエネルギー
密度をビーム照射中常に最大にする制御系とを具
備した電子ビームアニール装置を提案するもので
ある。
射された電子ビームをレンズ系により被アニール
シリコン試料表面に集束し、該試料をアニールす
る電子ビームアニール装置において、上記試料か
ら発せられる光の最短波長成分を検出する光検出
部と、この光検出部の検出信号を入力し該信号の
強度が最大となるように前記レンズ系をフイード
バツク制御して前記試料表面のビームエネルギー
密度をビーム照射中常に最大にする制御系とを具
備した電子ビームアニール装置を提案するもので
ある。
本発明によれば、光検出信号の最短波長成分強
度が最大となるようにレンズ系を制御してビーム
エネルギー密度を制御しているので、アニールさ
れる試料表面を最も高い温度に保持できるととも
に、アニール制度を向上させることができる。す
なわち、電子ビームの焦点位置を常に試料表面に
合わせることができる。このため、アニールを最
高条件で行うことができ、かつアニールの均一性
及び再現性の向上をはかり得る。したがつて、半
導体試料等をアニールした場合、アニール後の半
導体特性のバラツキを防止でき、該試料上に形成
するデバイス特性の向上等に寄与し得ると云う効
果がある。また、温度変化に対する変化量の最も
大きな最短波長成分に基づいてフイードバツク制
御を行つているので、上記ビームの焦点位置の補
正を応答性良く行うことができる。
度が最大となるようにレンズ系を制御してビーム
エネルギー密度を制御しているので、アニールさ
れる試料表面を最も高い温度に保持できるととも
に、アニール制度を向上させることができる。す
なわち、電子ビームの焦点位置を常に試料表面に
合わせることができる。このため、アニールを最
高条件で行うことができ、かつアニールの均一性
及び再現性の向上をはかり得る。したがつて、半
導体試料等をアニールした場合、アニール後の半
導体特性のバラツキを防止でき、該試料上に形成
するデバイス特性の向上等に寄与し得ると云う効
果がある。また、温度変化に対する変化量の最も
大きな最短波長成分に基づいてフイードバツク制
御を行つているので、上記ビームの焦点位置の補
正を応答性良く行うことができる。
第２図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム
アニール装置を示す概略構成図である。図中１１
は真空排気された試料室、１２は電子光学鏡筒で
ある。試料室１１内には移動可能な試料ステージ
１３が配置され、このステージ１３上に試料１４
が載置されるものとなつている。光学鏡筒１２内
には、電子銃１５、ビーム集束用第１レンズ１
６、第２レンズ１７及び走査用偏向器１８がそれ
ぞれ配設されている。そして、電子銃１５から放
射された電子ビームは、レンズ１６，１７により
集束されると共に、偏向器１８により試料１４上
で走査され、これにより試料１４がアニールされ
るものとなつている。また、上記電子銃１５及び
レンズ１６，１７は計算機１９により制御された
電源２０，２１，２２によりそれぞれ駆動される
ものとなつている。
アニール装置を示す概略構成図である。図中１１
は真空排気された試料室、１２は電子光学鏡筒で
ある。試料室１１内には移動可能な試料ステージ
１３が配置され、このステージ１３上に試料１４
が載置されるものとなつている。光学鏡筒１２内
には、電子銃１５、ビーム集束用第１レンズ１
６、第２レンズ１７及び走査用偏向器１８がそれ
ぞれ配設されている。そして、電子銃１５から放
射された電子ビームは、レンズ１６，１７により
集束されると共に、偏向器１８により試料１４上
で走査され、これにより試料１４がアニールされ
るものとなつている。また、上記電子銃１５及び
レンズ１６，１７は計算機１９により制御された
電源２０，２１，２２によりそれぞれ駆動される
ものとなつている。
一方、前記試料室１１内には、試料１４の表面
から発せられる光を試料室１１外に導出する光ガ
イド２３が設けられている。光ガイド２３から導
出された光はフイルタ２４を介して光検出器２５
に入射する。フイルタ２４は所定の波長より短い
波長成分のみを通すものであり、これにより光検
出器２５には前記試料１４から発せられた光の最
短波長成分のみが受光される。光検出器２５は、
例えばフオトダイオードからなるもので、その検
出信号はＡ／Ｄ変換器２６を介して前記計算機１
９に送出される。そして、計算機１９は上記入力
した検出情報を基に検出信号強度が最大となるよ
う前記レンズ電源２２を制御するものとなつてい
る。
から発せられる光を試料室１１外に導出する光ガ
イド２３が設けられている。光ガイド２３から導
出された光はフイルタ２４を介して光検出器２５
に入射する。フイルタ２４は所定の波長より短い
波長成分のみを通すものであり、これにより光検
出器２５には前記試料１４から発せられた光の最
短波長成分のみが受光される。光検出器２５は、
例えばフオトダイオードからなるもので、その検
出信号はＡ／Ｄ変換器２６を介して前記計算機１
９に送出される。そして、計算機１９は上記入力
した検出情報を基に検出信号強度が最大となるよ
う前記レンズ電源２２を制御するものとなつてい
る。
このような構成であれば、電子ビーム照射によ
りアニールされた試料１４は光を発生するが、こ
の光の最短波長成分は光検出器２５にて検出され
る。そして、この検出信号は計算機１９によりレ
ンズ電源２２にフイードバツクされ、該検出信号
強度が最大となるようにレンズ１７の通電電流が
制御される。これにより、電子ビームの焦点位置
は試料１４表面に合わせられることになる。つま
り、レンズ１７、試料１４、光検出器２５、計算
機１９及びレンズ電源２２等からなる一種のフイ
ードバツクループにより、電子ビームの焦点は常
に試料１４表面に合わせられる。したがつて、ア
ニールを最高温度条件で効率良く行うことがで
き、かつアニールの均一性及び再現性の向上をは
かり得る。
りアニールされた試料１４は光を発生するが、こ
の光の最短波長成分は光検出器２５にて検出され
る。そして、この検出信号は計算機１９によりレ
ンズ電源２２にフイードバツクされ、該検出信号
強度が最大となるようにレンズ１７の通電電流が
制御される。これにより、電子ビームの焦点位置
は試料１４表面に合わせられることになる。つま
り、レンズ１７、試料１４、光検出器２５、計算
機１９及びレンズ電源２２等からなる一種のフイ
ードバツクループにより、電子ビームの焦点は常
に試料１４表面に合わせられる。したがつて、ア
ニールを最高温度条件で効率良く行うことがで
き、かつアニールの均一性及び再現性の向上をは
かり得る。
以下、本装置をMOS−LSIの製造に用いた例
を説明する。第３図ａ〜ｆは上記MOS−LSIの
製造工程を示す断面図である。まず、第３図ａに
示す如く例えばＰ型（100）面方位の短結晶シリ
コン基板３１上に約１〔μｍ〕膜厚のSiO2膜３２
を形成し、その上に必要に応じてSiN膜３３を形
成する。このSiN膜３３は後の工程で多結晶若し
くは非晶質のシリコン層を単結晶化させ易くする
ためのものであり、必ずしも必要でない。次い
で、第３図ｂに示す如くSiN膜３３上に例えば
6000〔Å〕の多結晶シリコン層３４を被着し、そ
の上に約2000〔Å〕のSiO2膜３５を形成する。こ
こで、SiO2膜３５は後の工程で多結晶若しくは
非晶質のシリコン層を単結晶化させ易くするため
のもので、SiN膜であつてもよい。
を説明する。第３図ａ〜ｆは上記MOS−LSIの
製造工程を示す断面図である。まず、第３図ａに
示す如く例えばＰ型（100）面方位の短結晶シリ
コン基板３１上に約１〔μｍ〕膜厚のSiO2膜３２
を形成し、その上に必要に応じてSiN膜３３を形
成する。このSiN膜３３は後の工程で多結晶若し
くは非晶質のシリコン層を単結晶化させ易くする
ためのものであり、必ずしも必要でない。次い
で、第３図ｂに示す如くSiN膜３３上に例えば
6000〔Å〕の多結晶シリコン層３４を被着し、そ
の上に約2000〔Å〕のSiO2膜３５を形成する。こ
こで、SiO2膜３５は後の工程で多結晶若しくは
非晶質のシリコン層を単結晶化させ易くするため
のもので、SiN膜であつてもよい。
次に、前記第２図に示した実施例装置を用い、
第３図ｃに示す如く試料上に電子ビームを照射し
シリコン層３４を単結晶化させる。その際、ビー
ムの加速電圧は10〔kV〕、ビーム電流は５〔ｍＡ〕
とした。アニール時に溶融するシリコン層３４の
幅は約50〔μｍ〕であつた。ビーム走査を繰り返
すことにより徐々に結晶粒が減少し、やがてシリ
コン層全面の単結晶化が実現する。ここで、実施
例装置ではアニール中の電子ビームの焦点位置が
常に試料面上にあるようにフイードバツク制御し
ているので、シリコンの溶融、再結晶化が極めて
スムーズとなり、熱処理むらや未処理部分、或い
はシリコンの蒸発といつたトラブルがいつさいな
く、シリコンの単結晶化を効果的に行うことがで
きた。
第３図ｃに示す如く試料上に電子ビームを照射し
シリコン層３４を単結晶化させる。その際、ビー
ムの加速電圧は10〔kV〕、ビーム電流は５〔ｍＡ〕
とした。アニール時に溶融するシリコン層３４の
幅は約50〔μｍ〕であつた。ビーム走査を繰り返
すことにより徐々に結晶粒が減少し、やがてシリ
コン層全面の単結晶化が実現する。ここで、実施
例装置ではアニール中の電子ビームの焦点位置が
常に試料面上にあるようにフイードバツク制御し
ているので、シリコンの溶融、再結晶化が極めて
スムーズとなり、熱処理むらや未処理部分、或い
はシリコンの蒸発といつたトラブルがいつさいな
く、シリコンの単結晶化を効果的に行うことがで
きた。
次に、第３図ｄに示す如くSiO2膜３５を除去
したのち、ビームアニールにより単結晶化したシ
リコン層をパターニングして２層目の素子形成領
域とし、周知の技術により素子分離用絶縁膜３６
を形成する。続いて、第３図ｅに示す如くシリコ
ン層３４上にゲート酸化膜３７を介して多結晶シ
リコンゲート電極３８を形成し、さらにソース・
ドレイン領域３９，４０を形成してMOSトラン
ジスタを完成する。次いで、第３図ｆに示す如く
全面を絶縁膜４１で覆つたのち、Al配線層４２，
４３，４４を形成することにより、MOS−LSI
が完成される。
したのち、ビームアニールにより単結晶化したシ
リコン層をパターニングして２層目の素子形成領
域とし、周知の技術により素子分離用絶縁膜３６
を形成する。続いて、第３図ｅに示す如くシリコ
ン層３４上にゲート酸化膜３７を介して多結晶シ
リコンゲート電極３８を形成し、さらにソース・
ドレイン領域３９，４０を形成してMOSトラン
ジスタを完成する。次いで、第３図ｆに示す如く
全面を絶縁膜４１で覆つたのち、Al配線層４２，
４３，４４を形成することにより、MOS−LSI
が完成される。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。例えば、前記フイードバツクループ
により制御するレンズ系は第２レンズに限るもの
ではなく、第１レンズ或いは第１、第２レンズの
双方であつてもよい。また、前記試料から発せら
れる光の最短波長成分を検出する手段として、前
記フイルターを用いることなく上記最短波長の光
のみを検出する光検出器を用いてもよい。さら
に、各波長成分毎の信号強度を並列的に検出する
光検出器を用い、この検出器の各検出信号から上
記最短波長成分に相当するものを選択するように
してもよい。
のではない。例えば、前記フイードバツクループ
により制御するレンズ系は第２レンズに限るもの
ではなく、第１レンズ或いは第１、第２レンズの
双方であつてもよい。また、前記試料から発せら
れる光の最短波長成分を検出する手段として、前
記フイルターを用いることなく上記最短波長の光
のみを検出する光検出器を用いてもよい。さら
に、各波長成分毎の信号強度を並列的に検出する
光検出器を用い、この検出器の各検出信号から上
記最短波長成分に相当するものを選択するように
してもよい。
第１図は従来の電子ビームアニール装置を示す
概略構成図、第２図は本発明の一実施例を示す概
略構成図、第３図ａ〜ｆは上記実施例装置を用い
たMOS−LSIの製造工程を示す断面図である。 １１……試料室、１２……光学鏡筒、１３……
試料ステージ、１４……試料、１５……電子銃、
１６，１７……ビーム集束用レンズ、１８……走
査用偏向器、１９……計算機、２０，２１，２２
……電源、２３……光ガイド、２４……フイル
タ、２５……光検出器。
概略構成図、第２図は本発明の一実施例を示す概
略構成図、第３図ａ〜ｆは上記実施例装置を用い
たMOS−LSIの製造工程を示す断面図である。 １１……試料室、１２……光学鏡筒、１３……
試料ステージ、１４……試料、１５……電子銃、
１６，１７……ビーム集束用レンズ、１８……走
査用偏向器、１９……計算機、２０，２１，２２
……電源、２３……光ガイド、２４……フイル
タ、２５……光検出器。
Claims (1)
- １ 電子銃と、この電子銃から放射された電子ビ
ームを被アニールシリコン試料表面に集束するレ
ンズ系と、上記試料から発せられる光の最短波長
成分を検出する光検出部と、この光検出部の検出
信号を入力し該信号の強度が最大となるように前
記レンズ系をフイードバツク制御して前記試料表
面のビームエネルギー密度をビーム照射中常に最
大にする制御系とを具備してなることを特徴とす
る電子ビームアニール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58100823A JPS59227130A (ja) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | 電子ビ−ムアニ−ル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58100823A JPS59227130A (ja) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | 電子ビ−ムアニ−ル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59227130A JPS59227130A (ja) | 1984-12-20 |
| JPH0456454B2 true JPH0456454B2 (ja) | 1992-09-08 |
Family
ID=14284048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58100823A Granted JPS59227130A (ja) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | 電子ビ−ムアニ−ル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59227130A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS584257A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-11 | Toshiba Corp | 走査型電子ビ−ムアニ−ル装置 |
-
1983
- 1983-06-08 JP JP58100823A patent/JPS59227130A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59227130A (ja) | 1984-12-20 |
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