JPS6174333A - 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繞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５ｏｌ（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（つ工−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、車結晶シリコン膜を形成す
る装置の構成例につぃ′ζ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
股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ｉｌｌ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ａψに収容され、真空容器α
ω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（■１）が適宜の数だけ設けられ、
？Ｂ　（１１）　ノ外（１３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。真空容器側の
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。

雇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（１）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＃（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図に示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図にボすよう
に、ウェーハ（１）上に（ｌｐ）　＋　　（ｌｑ）　、
（ｌｒ）で代表されるＳｏｌパターンは（５ａ）　、　
　（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、多結晶シリコン股の融解が行われ、
その後の冷却により再結晶化が行われて、単結晶シリコ
ン股が形成される。

〔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８図に不すように、
照射線（５ａ）〜（５ｃ）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、照射線（５ａ）〜（５ｃ）の
長手方向がウェーハ（１）上のパターン（１ｐ）〜（ｌ
ｒ）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。

史に、ビーム照射期間が充分長（、照射線（５ａ）〜（
５ｃ）がウェーハ（１）の一端から他端まで走査するこ
とができる場合でも、ビーム（５）の長さによって処理
可能なウェーハ（１）の寸法が制限され、径の大きなウ
ェーハを処理するご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。

また、処理の効率を向上させるためにウェーハ１枚当り
のビーム照射回数を可及的に少くしなければならないと
いう問題が生ずる。

〔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
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、互
に平行な辺を有する複数の方形開口（２２ａ）　、　　
（２２ｂ）　、　　（２２ｃ）を連続的に配設した照射
領域規制手段（２１）を設け、照射線によって形成され
る１対の円弧と１対の平行線とによって囲まれた線状エ
ネルギービームの照射領域を照射領域規制手段（２１）
によって規制するようにしたものである。

〔作用〕

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と
共に、照射線（５ｄ）〜（５ｆ）によって形成される線
状エネルギービームの照射領域が照射領域規制手段（２
１）によって規制される。

〔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であって、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（１１（（ｂ　）　、　　　　　”（
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）の下端にこれ
と一体に取付けられ、回転軸（３）内に配設された連結
稈（２４）を介してビームマスク（２１）を昇降させる
０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
Ｎ（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。

（４Ｉ）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（４１）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
ナミソクハ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＠（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（１１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、肉ウェーハ保持台（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
して電子ビーム源（６）と同じ側に適宜に設けられ、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、そあ駆動軸（７２）は真空容器α０）を貫通して子
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（１１）　。

（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）の直トに位置するように、保持台（４１）
　、　　（４２）を駆動する。この場合、両ウェーハ保
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）で示される位置まで上昇させると、
マスク（２１）はウェーハ（ｂ）、（ｈ）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）　、　　（４２）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図に示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、ウェーハ（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（２ｊ１＞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０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＃（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（１ｂ）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）で不される位
置まで移動する。領域（６ｃ）の長手方向（８３ｃ）は
ウェーハ（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＋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Ｃ８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（１１上へのマス
ク（２１）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　）　、　　（
２２ｊ　）は照射領域の上ト両縁（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（ｌｘ　）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（２
２）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（６
ａ）でボ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＜
■８０°回動していなければならない。

線状ビームはその長平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）を連続回転させるこ
とができて、その回転制御が頗るｗＪｌ！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（２１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）で示される領域）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、ウェーハ全血を一様に
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１ｉ１１Ｒ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２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１転させればよ
い。

または、腕部材の一端のみに電子ビーム源（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、電子ビーム休止期間に電
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
に通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
び金属に適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
転させると共に、複数の方形開口を連続的に配設した照
射領域規制手段によって被処理体上の広幅照射領域を規
制するようにしたので、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、照射処理の再現性がよくなると共に、少ない照射回
数で大口径被処理体の全面を一様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平面図及びブロック図、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
ネオ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１大エネルギービ
ーム源、（２１）はビームマスク、（２３）はマスク昇
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、互に平行
   な辺を有する複数の方形開口を連続的に配設した照射領
   域規制手段を設け、上記照射線によって形成される１対
   の円弧と１対の平行線とによって囲まれた上記線状エネ
   ルギービームの照射領域を上記照射領域規制手段によっ
   て規制す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。