JPS6167912A - 線状エネルギ−ビ−ム照射装置 - Google Patents

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〕 本発明は、例えば絶縁基板上の多結晶シリコン膜を再結
晶化して単結晶シリコン膜を形成する装置に適用して好
適な、線状エネルギービームを被処理体に照射する装置
に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩに代表されるシリコン半導体装置に対する高密度
化、高性能化の要求に応じて、絶縁基板上にシリコンの
結晶薄膜を形成するいわゆる５ＯＩ（Ｓｌｌｉｃｏｎ　
ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）技術が開発されている。

これは、石英基板又はシリコン結晶の基板（ウェーハ）
上に絶縁層としての酸化膜を形成したものの上に多結晶
シリコン膜を被着し、この多結晶シリコン膜を例えば線
状電子ビームの照射によって短時間、局所的に融解し、
それを冷却することにより再結晶化して、シリコン単結
晶膜を形成するものである。

まず、第８図乃至第１０図を参照しながら、従来の線状
エネルギービーム照射装置としての、絶縁基板上の多結
晶シリコン膜を再結晶化して、単結晶シリコン膜を形成
する装置の構成例について説明する。第８図及び第９図
において、（２）はターンテーブルで、多結晶シリコン
膜を被着した複数のウェーハ（１１が、このターンテー
ブル（２）上に、その適宜配設された複数の開口（２ａ
）を覆うように載置される。ターンテーブル（２）は回
転軸（３）を介してモータ（４）によって回転せしめら
れる。（６）は線状電子ビーム（５）を発生する電子ビ
ーム源で、これが各ウェーハ（１）に逐次対向するよう
に配設され、ビーム源（６）を制御する制御電源（７）
にはモータ（４）に直結されたエンコーダ（８）から回
転位置情報信号が供給される。このエンコーダ（８）と
モータ（４）との間に公知の回転制御回路（９）が接続
される。

ウェーハ（１）、ターンテーブル（２）及びビーム源（
６）は全体として真空容器Ｏａ１に収容され、真空容器
ａのにはターンテーブル（２）の各開口（２ａ）に対向
して石英ガラス製の窓（１１）が適宜の数だけ設けられ
、窓（１１）の外側にウェーハ（１）を予熱するための
赤外線灯（１２）が配設される。真空容器αψの排気筒
（１３）は図示を省略した真空ポンプに接続されている
。なお、赤外線灯（１２）は電子ビーム源（６）と対向
しないように配設される。

従来の線状ビーム照射装置の動作は次のとおりである。

ターンテーブル（２）の開口（２ａ）上のウェーハ（１
）は窓（１１）を通して赤外線灯（１２）によって予熱
される。ウェーハ（１１が所定温度に達すると、赤外線
灯（１２）が消勢され、ターンテーブル（２）はモータ
（４）によって駆動されて、例えば５００　”　１１０
００ｒｐ程度で回転する。ターンテーブル（２）が所定
速度に達すると、制御電源（７）が、エンコーダ（８）
から供給された回転位置情報信号にタイミイグ制御され
て、第１０図に水子ようにターンテーブル（２）が角度
２θだけ回転する期間、線状電子ビーム源（６）から電
子ビーム（５）が発射される。か（して、第１０図に示
すように、ウェーハＴｌｌ上に（ｉｐ）　、　　（ｌｑ
）　、　　（ｌｒ）で代表されるＳｏｌパターンは（５
ａ）　、　　（５ｂ）　。

（５ｃ）で代表される刻々の電子ビーム（５）による照
射線に走査されて、多結晶シリコン膜の融解が行われ、
その後の冷却により再結晶化が行われて、単結晶シリコ
ン膜が形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の線状ビーム照射装置に
あっては、線状ビーム（５）の長手方向がターンテーブ
ル（２）の動径方向にあるため、第１０図に示すように
、照射線（５ａ）〜（５ｃ）はウェーハ（１１上で放射
状に配列され、ターンテーブル（２）の回転軸（３）か
らの距離によって電子ビーム（５）の照射エネルギー密
度が異なり、ウェーハ（１）全体を均一に処理し得ない
という欠点があった。更に、照射線（５ａ）〜（５ｃ）
の長手方向がウェーハ（１１上のパターン（１ｐ）〜（
１ｒ）の配列方向と必ずしも一致せず、場所によって再
結晶化の処理条件が微妙に異なり、再現性が良くないと
いう欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、被処理体（１）が載置される回転台（２）と
、この回転台（２）の半径方向に配設された線状エネル
ギービーム源（６）とを有し、この線状エネルギービー
ム源（６）からの線状エネルギービームを被処理体（１
）に照射する線状エネルギービーム照射装置において、
線状エネルギービームによる被処理体（１）上の照射線
を、回転台（２）の回転に伴って、回転台（２）の半径
方向上の一点を中心として回転台（２）の回転角と等量
回転させる照射線回転手段（７１）を設けたものである
。

〔作用〕

本発明の解決手段は次のように作用する。

かかる本発明によれば、線状エネルギービーム源（６）
は照射線回転手段（７１）によって回転台（２）と同期
して回転し、線状エネルギービームによる照射線（５ｄ
）〜（５ｆ）が被処理体（１）上で互いに平行になる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第４図を参照しながら、本発明による線
状エネルギービーム照射装置の一実施例について説明す
る。第１図及び第２図において第８図及び第９図に対応
する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

第１図及び第２図において、（２１）はモリブデンのよ
うな高融点金属製のビームマスクであって、ターンテー
ブル（２）の回転軸（３）に固定される。ビームマスク
（２１）には複数（図では４個）の１辺の長さがｌの正
方形の窓（２２）が所定の角間隔で配設され、この窓（
２２）を通過する線状電子ビーム（５）によって、複数
（図では４枚）のウェーハ（１）（（１１）〜（１４）
）の所定領域が照射される。

（３０）及び（４０）は照射領域移動手段としての１対
のＸＹ移動機構のそれぞれを全体として示す。

両ＸＹ移動機構（３０）及び（４０）は同一の構成であ
るので、対応する各構成要素の符号は１位の数字を同じ
くして、一方の移動機構（３０）について説明し、他方
の移動機構（４０）についての説明は省略する。

（３１）及び（３２）はウェーハ保持台、（３３）はＸ
Ｙステージ、（３３ｕ）及び（３３１）はその上部ブロ
ック及び下部プロ・ツクである。両ウェーハ保持台（３
１）　、　　（３２）は腕（３４）及び（３５）によっ
て上部ブロック（３３ｕ　）と連結される。（３６）及
び（３７）はＸ方向移動用及びＹ方向移動用のネジであ
って、それぞれＸＹステージの上部ブロック（３３ｕ　
）及び下部ブロック（３３１）と螺合する。

Ｘ移動ネジ（３６）の軸方向変換機構（３６ｃ　）を介
した尖端（３８）及びＹ移動ネジ（３７）の尖端（３９
）には後述のようにして駆動力が伝達される。移動機構
（３０）はＸ、Ｙ方向にそれぞれウェーハ（１１の直径
と略等しい距離だけ移動可能である。

再移動機構（３０）及び（４０）はターンテーブル（２
）上に回転軸（３）に関して対称に配設されると共に、
それぞれ対応する上下ブロック（３３ｕ　）　、　　（
４３ｕ　）及び（３３Ｊ）　、　　（４３Ｎ）が回転軸
（３）に関して対称に移動するようになされて、この移
動に拘らず、ターンテーブル（２）のダイナミックバラ
ンスが保たれるようになされている。更に、ターンテー
ブル（２）の回転を一層円滑にするために、回転軸（３
）に対称に１対のバランサ（２ｂ）がターンテーブル（
２）に配設される。

（５Ｌ）及び（５２）は一方の移動機構（３０）のため
のＸ方向移動用及びＹ方向移動用のモータであって、モ
ータ（５１）及び（５２）の駆動軸（５３）及び（５４
）が真空容器（１４）の気密軸受（１５）及び（１６）
に摺動自在に支承され、駆動軸（５３）及び（５４）の
口端（５５）及び（５６）は移動機構（３０）のＸ移動
ネジ（３６）及びＹ移動ネジ（３７）のそれぞれの尖端
（３８）及び（３９）と係合・分離可能なりラッチＣＬ
Ｉ及びＣｌ２を構成する。ＸＹステージ（３３）に対向
する位置センサ（図示を省略）のための光源（レーザダ
イオード）　　（５７）が上部ブロック（３３ｕ　）上
に設けられる。同様に、（６１）及び（６２）は他方の
移動機構（４ｏ）のためのＸ方向移動用及びＹ方向移動
用のモータであって、モータ（６１）及び（６２）の駆
動軸（６３）及び（６４）が気密軸受（１７）及び（１
８）に摺動自在に支承され、駆動軸（６３）及び（６４
）の口端（６５）及び（６６）は移動機構（４０）のＸ
移動ネジ（４６）及びＹ移動ネジ（４７）のそれぞれの
尖端（４８）及び（４９）と係合・分離可能なりラッチ
ＣＬ３及びＣｌ３を構成する。

尚、ｘｙステージ（４３）の上部ブロック（４３ｕ）に
位置センサ用の光源（６７）が設けられる。

（７１）は電子ビーム源（６）を駆動するモータであっ
て、その駆動軸（７２）は真空容器ａωを貫通して電子
ビーム＃（６）に結合される。モータ（７１）にはエン
コーダ（７３）が直結される。　　（７４）は比較回路
であって、エンコーダ（８）からターンテーブル（２）
の基準回転位置情報信号が供給されると共に、エンコー
ダ（７３）から電子ビーム源（６）の回転位置情報信号
が供給される。比較回路（７４）の出力は駆動増幅器（
７５）を介してモータ（７１）に供給される。

本実施例の動作は次のとおりである。

まず、電子ビームが４枚のウェーハ（１１）〜（１４）
のそれぞれ同じ位置、例えば中央を照射するように、４
個の移動用モータ（５１）　、　　（５２）　。

（６１）　、　　（６２）をクラッチＣＬＩ、ＣＬ２．
ＣＬ３゜Ｃｌ３を介してＸＹステージ（３３）　、　　
（４３）の移動ネジ（３６）　、　　（３７）　、　　
（４６）　、　　（４７）に結合し、４枚のウェーハ（
１１）〜（１４）の各中央がそれぞれビームマスク（２
１）の４個の窓（２２）の直下に位置するように、ｘｙ
ステージ（３３）　、　　（４３）を駆動する。クラッ
チＣＬＩ−ＣＬ４を切離し、従来と同様に、図示を省略
した赤外線灯によってウェーハ（１１が予熱されてがら
、ターンテーブル（２）を回転させる。回転制御回路（
９）に制御されてターンテーブル（２）が定速回転状態
に達し、電子ビーム源（６）から線状電子ビーム（５）
の発射が開始される時点において、１枚目のウェーハ（
１１）は第３図において円（ｌａ）で示される位置にあ
る。このとき、線状電子ビーム源（６）の長手方向（８
３ａ　）はウェーハ（ｌａ）の中心（８１ａ　）とター
ンテーブル（２）の中心（２ｃ）を結ぶ直線（８２ａ　
）に平行になっている。

線状電子ビームの発射期間中、ターンテーブル（２）が
反時計方向に角度２θだけ回転しているので、ウェーハ
（１）は、円（１ｂ）で示される位置を経て、円（ｌｃ
）で示される位置まで移動する。この期間に、モータ（
７１）に駆動されて、電子ビーム源（６）はその回転中
心Ｃ６を中心として同じく反時計方向にターンテーブル
（２）と同一速度で回動し、第３図において、領域（６
ｂ）で示される位置を経て、領域（６ｃ）で示される位
置まで移動する。領域（６ｃ）の長平方向（８３ｃ）は
ウェーハ（１ｃ）の中心（８１ｃ）とターンテーブル（
２）の中心（２ｃ）とを結ぶ直線　（８２ｃ　）に平行
になる。

上述のように、ターンテーブル（２）と同期して回動す
る電子ビーム源（６）　（（６ａ）〜（６ｃ））から刻
削発射される線状電子ビーム（５）による照射線（５ｄ
）（５ｅ）　、　　（５ｆ）は、第４図に示すように、
ウェーハ（１１上においてその中心を通るターンテーブ
ル（２）の動径と平行になるので、ウェーハ（１）上の
照射線密度が均一になる。

ところで、ビームマスク（２１）がない場合は、電子ビ
ームの照射領域は、刻々の照射線（５ｄ）〜（５ｆ）の
集合であって、その上縁（８４）及び下縁（８５）は共
に、ターンテーブル（２）の中心（２Ｃ）と電子ビーム
ＦＡ（６１の回転中心Ｃ＠との距離Ｒと等しい曲率半径
を有する。

しかし、上述の照射領域がビームマスク（２１）によっ
て規制された照射規制領域はウェーハ（１）上へのマス
ク（２１）の窓（２２）の投影（２２ｐ　）と等しい。

この窓（２２）によって、線状ビーム（５）の長手方向
の両端縁の強度むらの部分が除去され、照射規制領域内
の照射エネルギー密度は均一になる。

１枚目のウェーハ（１１）の中央部の照射が終っても、
ターンテーブル（２）は引続き定速回転して、２枚目の
ウェーハ（１２）が、ビームマスク（２１）の窓（２２
）と共に、電子ビーム源（６）の下に差し掛かる。この
とき、電子ビーム源（６）は第３図において領域（６ａ
）で示した位置に復帰していなければならないので、本
実施例では、電子ビーム源（６）の駆動モータ（７１）
として、例えばステップモータのような立上り特性の優
れたものを使用し、電子ビーム休止期間に電子ビーム源
（６）を時計方向に回動させる。

なお、このような往復回動においても所要の等速回動を
行なわせるために、所要等速期間の前後に立上り期間、
立下り期間を設けることが好ましい。この場合、全回動
角は所要回動角より当然大きくなり、ウェーハの角間隔
が狭いと、この角間隔に対応する時間内に電子ビーム源
（６）がビーム発射終了位置からビーム発射開始位置ま
で復帰できなくなる。このような場合には、１枚目のウ
ェーハ（１１）の照射処理後ターンテーブル（２）を１
回転させ、その間に電子ビーム源（６）をビーム発射開
始位置まで復帰させて、２枚目のウェーハ（１２）の照
射処理−を行なう。

各ウェーハ（１１）〜（１４）に対する１回目の電子ビ
ーム照射が終ると、ターンテーブル（２）の回転を止め
、再び各クラッチＣＬＩ〜ＣＬ４を係合して、移動機構
（３０）及び（４０）をＸ方向またはＹ方向に、ターン
テーブル（２）の回転軸（３）に関して対称に移動する
。２回目のビーム照射規制領域を１回目のそれに隣接さ
せるため、移動距離はビームマスク（２１）の正方形の
窓（２２）の１辺の長さｌに等しく設定される。以下、
クラッチＣＬＩ〜ＣＬ４の分離、ターンテーブル（２）
の回転、電子ビーム照射、ターンテーブル停止、ウェー
ハ移動を繰返して、ウェーハ全面を一様に処理すること
ができる。

次に、゛第５図及び第６図を参照しながら、本発明の他
の実施例について説明する。

第５図において、（１１０）及び（１２０）は照射領域
移動手段としての１対のｘｙ移動機構のそれぞれを全体
として示す。

一方の移動機構（１１０）はＸステージ（１１１）と、
ウェーハ保持台を兼ねるＹステージ（１１２）とを備え
、Ｘステージ（１１１）に螺合する移動用ネジ（１１３
’）の一端にはプーリ　（１１４）が設けられ、Ｙステ
ージ（１１２）には伝達軸（１０５）の一部となる移動
用ネジ（１１５）が螺合している。他方の移動機構（１
２０）も上述の移動機構（１１０）と同様に構成されて
いるので、対応する各構成要素の符号は１位の数字を同
じくして説明を省略するが、移動用ネジ（１２３）　、
　　（１２５）の刻設方向が対応する移動用ネジ（１１
３）　、　　（１１５）と逆になッテイル。両移動ｔａ
＋ｊｌ　（１１０）　及ヒ＜１２０　）　ハターンテー
ブル（２）上にその回転中心に関して対称に配設される
。

伝達軸（１０１）の尖端（１０２）はＸ方向移動用モー
タ（５１）の駆動軸（５３）の四端（５５）と係合・分
離可能なりラッチＣＬ５を構成する。軸（１０１）の他
端にはプーリ　（１０４）が設けられ、このプーリ　（
１０４）と上述の移動機構（１１０）及び（１２０）の
プーリ　（１１４）及び（１２４）との間にベルト（１
０３）が懸装される。なお、第６図に示すように、この
ベルト（１０３）にはテンションローラ（１０７）　、
　　（１０８）によって所要の張力が付与される。伝達
軸（１０５）の尖端（１０６）はＹ方向移動用モータ（
５２）の駆動軸（５４）の凹＠　（５６）と係合・分離
可能なりラッチＣＬ６を構成する。

本実施例においては、図示を省略したビームマスクには
１対の長方形の窓＜２２Ｒ）がその長辺がターンテーブ
ル（２）の半径方向に垂直になるように所定の位置に設
けられる。また、ターンテーブル（２）に関して電子ビ
ーム源（図示を省略）と同じ側に１対の赤外線灯（図示
を省略）が電子ビーム源に対してそれぞれ９０°の角間
隔で配設される。従って、ビームマスクは電子ビームが
通過する窓（２２Ｒ）の近傍だけを遮蔽し得ればよい。

なお、一方のＹステージ（１２２）に適宜形状の腕を固
定し、そこに双方のＸＹ移動機構（１１０）及び（１２
０）に共通の位置検出用光源を設けることができる。

本実施例の動作は次のとおりである。

まず、電子ビームが２枚のウェーハ（１１）　。

（１２）のそれぞれ同じ位置、例えば中央を照射するよ
うに、２個の移動用モータ（５１）　、　　（５２）を
クラッチＣＬ５．ＣＬ６等を介してＸＹ移動機構（１１
０）　、　　（１２０）の移動ネジ（１１３）。

（１１５）　、　　（１２３）　、　　（１２５）に結
合し、２枚のウェーハ（１１）、（１２）の各中央がそ
れぞれビームマスク（２１）の２個の窓（２２Ｒ）の直
下に位置するように、ＸＹ移動機構（１１０）　、　　
（１２０）を駆動する。クラッチＣＬ５及びＣＬ６を切
離し、従来と同様に、図示を省略した赤外線灯によって
ウェーハ（１）が予熱されてから、ターンテーブル（２
）を回転させる。回転制御回路（９）に制御されてター
ンテーブル（２）が定速回転状態に達し、１枚目のつ工
−ハ（１１）が電子ビーム源（６）の下に差しＨ）かっ
たとき、前述の実施例と同様に、電子ビーム源（６）は
ターンテーブル（２）と同期して等速で同方向に回転し
、ウェーハ（１ユ）上の電子ビームの照射線はウェーハ
の中心を通るターンテーブル（２）の動径と平行になる
。

１枚目のウェーハ（１１）の中央部の照射が終って、タ
ーンテーブル（２）上に１８０　’の角間隔に配された
２枚目のウェーハ（１２）が電子ビーム源（６）の下に
差し掛かったとき、電子ビーム源（６）は１枚目のウェ
ーハ（１１）に対したと同じ位置関係になっていなけれ
ばならない、即ち、電子ビーム源（６）もターンテーブ
ル（２）と同じ＜１８０°回動していなければならない
。線状ビームはその長手方向に方向性に有しないので、
本実施例の場合、電子ビーム源（６）は前述の実施例の
ように往復回動する必要がなく、連続回転させることが
できて、その回転制御が頗る簡単になる。この場合、電
子ビーム源（６）への給電はスリップリングを介して行
なわれる。

なお、前述の実施例をも含めて、モータ（７１）の回転
制御にマイクロコンピュータを用いることもできる。

両ウェーハ（１１）及び（１２）に対する１回目の電子
ビーム照射が終ると、ターンテーブル（２）の回転を止
め、再びクラッチＣＬ５及びＣＬ６を係合して、移動機
構（１１０）及び（１２０）をＸ方向又はＹ方向に、タ
ーンテーブル（２）の回転軸（３）に関して対称に移動
する。２回目のビーム照射規制領域を１回目のそれに隣
接させるため、移動距離はビームマスク（２１）の長方
形の窓（２２Ｒ）の長辺、短辺の長さｌ、ｗに等しく設
定される。以下、クラッチＣＬ５．ＣＬ６の分離、ター
ンテーブル（２）の回転、電子ビーム照射、ターンテー
ブル停止、ウェーハ移動を繰返して、ウェーハ全面を一
様に処理することができる。

再移動機構（１１０）及び（１２０）がＹ方向に移動す
ると、Ｘ移動ネジ（１１３）及び（１２３）に結合され
たプーリ　（１１４）及び（１２４）の間隔が変化する
が、第６図に示すように、プーリ　（１１４”）　。

（１２４）の間隔の変化に対応してテンションローラ（
１０７）　、　　（１０Ｂ　）が変位し、ベルト（１０
３）の張力は一定に保たれる。

ところで、被処理ウェーハ上の広幅弧状照射領域の上縁
及び下縁の曲率半径は、前述のように、ターンテーブル
及び電子ビーム源のそれぞれの回転中心間の距離Ｒに等
しい。１回のビーム照射期間中のターンテーブル及びビ
ーム源の回転角２θが一定であるとき、照射領域の弧の
長さは回転中心間の距離Ｒが大きい程長くなり、照射領
域が大きくなって、ウェーハ１枚当りの照射回数を少な
くすることができる。

この様子を第７図に示す、第７図において、ＣＧＯは電
子ビーム源（６）の回転中心である。これ以外の部分は
第３図に対応するので同一の符号を付して重複説明を省
略する。

第７図に示したように電子ビーム源（６）　（＜６ａ）
〜（６ｃ）　）を回動させるためには、例えば第１図の
モータ（７１）をターンテーブル（２）の半径方向に移
動させて、その回転軸（７２）に腕部材の中央を固定し
、腕部材の両端に１対の線状電子ビーム源を、ビームの
長手方向が同一直線上にあるように取付け、この腕部材
をターンテーブル（２）と同期して連続回転させればよ
い。

なお、ターンテーブル及び電子ビーム源の回転中心間の
距離が大きくなる程、ウェーハ上の照射領域の形状は長
方形に近くなって、ビームマスクによって遮蔽される部
分を減少させることができる。

以上、本発明を電子ビームによるシリコンウェーハ処理
に適用した場合について説明したが、本発明は上述の実
施例に限定されるものではなく、線状ビームとしてはレ
ーザー光、Ｘ線、熱線、イオンビーム等を用いることが
でき、被処理体も半導体のみならず、絶縁体及び全屈に
適用することができる。

〔効果〕

以を詳述のように、本発明によれば、線状エネルギービ
ーム源を被処理体が載置された回転台の回転角と等量回
転させるようにしたので、被処理体上の照射線が互いに
平行になって、照射エネルギー密度を均一にすることが
できるとともに、被処理体上での照射線の方向が揃うの
で、照射処理の再現性がよくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明による線状エネルギービーム
照射装置の一実施例を示すブロック図及び平面図、第３
図及び第４図は本発明の説明に供する路線歯′、第５図
及び第６図は本発明の他の実施例を示す平面図及び側面
図、第７図は本発明の説明に供する路線図、第８図及び
第９図は従来の線状エネルギービーム照射装置の一例を
示す平面図及びブロック図、第１０図は従来装置の説明
に供する路線図である。 （２）はターンテーブル、（６）は線状エネルギービー
ム源、（２１）はビームマスク、（３０）　、　　（４
０）　。 （１１０）　、　　（１２０）はＸＹ移動機構、（５１
）　。 （５２）　、　　（６１）　、　　（６２）は移動用モ
ータ、（７１）はビーム源回転用モータである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被処理体が載置される回転台と、該回転台の半径方向
   に配設された線状エネルギービーム源とを有し、該線状
   エネルギービーム源からの線状エネルギービームを上記
   被処理体に照射する線状エネルギービーム照射装置にお
   いて、上記線状エネルギービームによる上記被処理体上
   の照射線を、上記回転台の回転に伴って、上記回転台の
   半径方向上の一点を中心として上記回転台の回転角と等
   量回転させる照射線回転手段を設けたことを特徴とする
   線状エネルギービーム照射装置。