JPS6174326A - 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通用して好
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（Ｓｉｌｉｃｏｎ　
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定時間、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６図乃至第８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６図及び第７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（１）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（１ｍに収容され、真空容器
（１０１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αω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
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５００〜１１０００
ｒｐ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８図に承す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。かくして、第８図に示すように
、ウェーハ（１）上に（ｌｐ）　、　　（ｌｑ）　、　
　（ｌｒ）で代表されるＳＯ■パターンは（５ａ）　、
　　（５ｂ）　。

（５ｃ）で代表される刻々の電子ビームら）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、照射線（５ａ）〜（５
ｃ）はウェーハ（１）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。ま
た、ビーム（５）の長さによって処理用　　。

能なウェーハ（１）の寸法が制限され、径の大きなつ工
−ハを処理することができないという欠点があった。

この欠点を解消するために、ウェーハを移動させること
が考えられるが、ウェーハを単に移動させるのみでは、
ビーム照射領域の周縁部の強度むら等のために、ウェー
ハの全面を均一に照射処理することができないという問
題が生ずる。

更に、ターンテーブル（２）の高速回転によって、ウェ
ーハが所定位置から移動する虞があった。

（ＬＭ題点を解決するための手段〕 本発明は、被処理体（１１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
キーヒーム源（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）を設けると共に、複
数の方形開口（２２）を配した照射領域規制手段（２１
）を設け、この照射領域規制手段（２１）によって線状
エネルギービームの照射領域を規制すると共に、被処理
体（１）を押えるようにしたものである。

〔作用〕

かかる本発明によれば、回転台（２）の回転に同期して
、線状エネルギービーム源（６）が照射線回転手段（７
１）によって回転され、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が照射領域規制手段Ｊ手股
（２１）の開口（２２）を通して被処理体（１１に照射
される。このとき、被処理体（１）は照射領域規制手段
（２１）によって押えられる。

〔実施例〕

以Ｆ、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６図及び第７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テアって、ターンテー
ブル（２）の上方にこれと同軸に配設され、そのターン
テーブル（２）側の面にはカーボンシート等が被着され
る。ビームマスク（２１）には複数の方形が連続した形
の１対の窓（２２）が１８０°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
、２枚のウェーハ［１（（ｉｔ　）　。

（１２）　）の所定領域が照射される。窓（２２）につ
いては後に詳述する。

（２３）はマスク（２１）を昇降させる昇降機構であっ
て、ターンテーブル（２）の回転軸（３）のＦ端にこれ
と一体に取付けられ、回転軸（３）内に配設された連結
枠（２４）を介してビームマスク（２１）を昇降　　　
１させる。回転軸（３）の下部には歯車（３１）が取付
けられ、これとかみ合う歯車（３２）がモータ（４）に
取付けられる。ターンテーブル（２）とマスク（２１）
とは両歯車（３１）　、　　（３２）を介してモータ（
４）によって駆動されて一体に回転する。

（４１）及び（４２）はウェーハ保持台、（４３）は案
内棒、（４４）は移動用のネジであって、両保持台（４
１）及び（４２）の一方の端部（４１ａ）及び（４２ａ
）がそれぞれ案内棒（４３）に係合すると共に、他方の
端部（４１ｂ）及び（４２ｂ）が移動ネジ（４４）の左
ネジ部（４４４１）及び右ネジ（４４ｒ　）にそれぞれ
螺合する。案内棒（４３）及び移動ネジ（４４）の両端
部及び中央部はターンテーブル（２）上に適宜配設され
た軸受Ｂ１〜Ｂ６にそれぞれ支承される。

両ウェーハ保持台（４１）及び（４２）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、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。

（５１）は両ウェーハ保持台（４１）及び（４２）の移
動用のモータであって、モータ（５１）の駆動軸（５２
）が真空容器（１４）の気密軸受（１５）に摺動自在に
支承され、駆動軸（５２）の四端（５３）は移動ネジ（
４４）の尖端（４５）と係合・分離可能なりラッチＣＬ
を構成する。このクラッチＣＬを介して移動用モータ（
５１）の駆動力が伝達されて、両保持台（４１）及び（
４２）は、ターンテーブル（２）の回転中心に関して対
称に、ウェーハ（１）の直径と略等しい距離だけ移動可
能である。両保持台（４１）及び（４２）の可動範囲に
対向して、ターンテーブル（２）に１対の長円形の予熱
用開口（２１）が設けられる。

なお、両ウェーハ保持台（４１）及び（４２）に共通の
位置検出器（図示を省略）がターンテーブル（２）に関
して電子とごム源（６）と同じ側に適買に設けられ、双
方の保持台（４１）及び（４２）に共通の位置検出用光
源（図示を省略）が一方のウェーハ保持台、例えば（４
２）の一方の端部、例えば（４２ａ）　　　′に設けら
れてもよい。この場合、ビームマスク（２１）は電子ビ
ームが通過する窓（２２）の近傍だけを遮蔽し得ればよ
い。

（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（１４）
を貫通して電子ビーム源（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２枚のウェーハ（ＩＬ）。

（１２）のそれぞれ同じ位置、例えば中央を照射するよ
うに、移動用モータ（５１）をクラッチＣＬを介して移
動ネジ（４４）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（２２）の直ドに位置するように、保持台（４１）
　、　　（４２）を駆動する。この場合、肉ウェーハ保
持台（４１）　、　　（４２）の移動前にマスク昇降機
構（２３）を動作させて、マスク（２１）を第２図にお
いて破線（２１ｕ　）でホされる位置まで上昇させると
、マスク（２１）はウェーハ（１１）、（１２）及び保
持台（４１）　、　　（４２）と接触しない状態に保た
れる。そして、両ウェーハ保持台（４１）　、　　（４
２）の移動後、マスク昇降機構（２３）によってマスク
（２１）を下降させて、第２図にボされる位置まで復帰
させると、マスク（２１）はウェーハ（１１）、（１２
）を均等に押圧してそれぞれの保持台（４１）　、　　
（４２）に固定させ、つ″　工−ハ（１１）、（１２）
が保持台（４１）　、　　（４２）に確実に保持された
状態でマスク（２１）がクランプされる。

クラッチＣＬを切離し、従来と同様に、ターンテーブル
（２）の長円形開口（２Ｎ）を通して図示を省略した赤
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
、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（１ａ）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（８３ａ
　）はウェーハ（１ａ）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（Ｌｂ）で不される位置を経て、円（１ｃ
）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Ｃｅを中心として同じ（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）でボされる位
置まで移動する。領域（６ｃ）の長手方向（８３ｃ　）
はウェーハ（ｌｃ）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（６１［（６ａ）〜（６ｃ））から刻刻
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、第４図に示されるように広幅弧状となり
、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）　と電子ビーム源
（６）の回転中心Ｃ６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（２Ｉ）の窓（２２）の投影（２２Ｐ　）と等しい。

第４図に示すように、投影（２２Ｐ　）　、即ち窓（２
２）は複数（図では３個）の長方形（２２ａ）。

（２２ｂ）及び（２２ｃ）がそれぞれの長辺が互いに平
行であって、それぞれの短辺（長さＷ）において連接し
た形状となっている。また、両端の方形（２２ａ　）　
、　　（２２ｃ　）の外方の頂点（２２ｅ　）　、　　
（２２ｆ　）及び内方の頂点（２２ｉ　）　、　　（２
２ｊ　）は照射領域の上下両縁（８４）及び（８５）か
ら、照射線（５ｄ）〜（５ｆ）の端縁の強度むらの部分
の長さだけ、それぞれ内側に入った弧（８４ｅ）及び（
８５ｅ　）に接すると共に、この弧（８４ｅ）及び（８
５ｅ　）と中央の方形（２２ｂ　）の長辺とが交わらな
いように、各方形（２２ａ　）　、　　（２２ｂ　）　
、　　（２２ｃ　）の形が設定される。こうして、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、電子ビーム柳（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。即ち、
電子ビーム源（６）もターンテーブル（２）と同じ＜１
８０°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＃（６）を連続回転させるこ
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、モータ（７１）並びに（４）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）、（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
、再びマスク昇降機構（２３）によってマスク（２２）
を上昇させ、クラッチＣＬを係合して、両保持台（４１
）及び（４２）をターンテーブル（２）の半径方向に、
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（第４図において
鎖線（２２Ｓ）で不される領域）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）の窓（２
２）の幅Ｗに等しく設定される。以下、クラッチＣＬの
分離、マスク（２１）の下降、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までのサイ
クルで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。

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５図に示す。第５図において、Ｃｓ。

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５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。

または、腕部材の一端のみに電子ビームｔＡ（６）を取
付けると共に、他端に適宜のバランサを取付け、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、電子ビーム体Ｗ期間に
電子ビーム源（６）を時計方向に回動させるようにして
もよい。

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。

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、絶鎌体及び金属に
通用することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述のように、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、照射領域規制手段によって線状エネルギービー
ムの末端の強度むらの部分を除去すると共に、被処理体
を押えるようにしたので、大口径の被処理体の全面を一
様にしかも安定に照射処理することができる。

【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〜第５図は本発明の説明に供する路線図、第６図及び
第７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８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、（２３）　＆＊マスク
昇降機構、（４１）　、　　（４２）はウェーハ保持台
、（５１）は移動用モータ、（７１）はビーム源回転用
モータである。 第１図 第２図 第４図 第８図 第５図

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ると共に、複数の方
   形開口を配した照射領域規制手段を設け、該照射領域規
   制手段によって上記線状エネルギービームの照射領域を
   規制すると共に、上記被処理体を押えるようにしたこと
   を特徴とする線状エネルギービーム照射装置。