JPS6180815A

JPS6180815A - 線状エネルギ−ビ−ム照射装置

Info

Publication number: JPS6180815A
Application number: JP20284484A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Usui; 碓井　節夫
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1986-04-24

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股を再結
晶化して単結晶シリコン股を形成する装置ξ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：６に対する１ｌ
Ｉｉ密度化、晶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５Ｏｒ（Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）技術が開発されて
いる。

これは、右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
シリコン股を被着し、この多結晶シリコン脱を例えば線
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５図乃至第７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
シリコン欣を再結晶化して、単結晶シリコンＩＩＱを形
成する装置の構成例について説明する。第５図及び第６
図において、（２）はターンテーブルで、多結晶シリコ
ンＩＩＱ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）を旧うように載置される。ターンテーブル（２
）は回転軸（３）を介して七−タ（４）によって回転せ
しめられる。（６）は線状電子ビーム（５）を発住する
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Δぶ（６）を制御する制御電
線（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αωに収容され、真空容器ａ
のにはターンチーフル（２）の各開口（２ａ）に対向し
て石英ガラス盟の窓（１１）が適宜の数だけ設けられ、
’５（１１）の外側にウェーハ（１１を予熱するだめの
赤外線対（１２）が配設される。真空容器α０）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、赤外線対（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）を通して赤外線対（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
対（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７図に示すようにターンテーブル（２）が角度２θた
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７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
　　　　　１射線に走査されて、多結晶シリコンＩ９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ａ＋ｔ１方向にあるため、第７図にボすよう
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。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「）の配列方向と必ずしも一致せず、Ｊ、ｌＪ１所
によって１１ト結晶化の処理条件が微妙に異なり、白、
現性が１１＜ないという欠点があった。

更に、ビーム照射期間が充分長く、照射線（５ａ）〜（
５Ｃ）がウェーハｔｉｔの一端から他端まで走査する、
二とができるＪ助合Ｃも、ビーム（５）の、長さによっ
て処理ＴＩＪ能なウェーハ（］）の寸法が制限され、径
の大９なウェー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、ターンテーブルの半径方向
にウェーハを移動させることが考えられるが、ウェーハ
をターンテーブル上で移動させるためには、複り（［な
機構が必要になる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段当り
のビーム照射回数を可及的に少くしなけれはならないと
いう問題が生ずる。

ｃ問題点を解決するだめの手段〕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ｄｔｒｔω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６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ｉ￥、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）と、線状エ
ニｉミルギービーム源（６）を回・耘台（２）の半径方
向に移動させるビーム伽柊勅手段（９０）と、複数の方
形開口（２ｂ］）〜（２１ｄ　）を渦を的に配設した照
射領域規制手段（２０）を設り、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；とれた線
状エネルギービームの照射領域を照射領域規制手段（２
０）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ｊｊＱ射線回転手段（７１）によって回転台（２）と
同期し°（回転し、史に、ビーム鯨移動手段（９０）に
よっ゛ζビームの、長手方向に移動する。このビーム源
（６）の移動に対応し′ζ、照射領域規制手段（２０）
を適宜回動させるごとによって、各方形開口（２１ａ）
〜（２１ｄ　）による照射規制領域（２ｉｐ　）〜（２
１ｓ　）か破処理体ｆｉｌ上で連接する。

〔実施例〕

以Ｉ・、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５図及び第６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、（２０）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（２０）には複数の方形の２組の窓（
２１）　　（（２１ａ　）　〜（２１ｄ　）　）　。

（２２）　　（（２２ａ　）　〜（２２ｄ　）　）がそ
れぞれ４５°の角間隔でその幅Ｗだけマスク（２０）の
中心に順次近くなるように配設される。この窓（２１）
　、　　（２２）は、その幅Ｗの整数倍（本実施例では
４倍）がウェーハ（１）の直径と等しく、または、それ
よりやや大きくなるように設定されており、これを通過
する線状電子ビーム（５）によって、２枚のウェーハ（
１）（（１１）　、　　（１２））の全曲が複数の領域
に分割されるように照射される。２組の窓（２１）　。

（２２）はターンテーブル（２）の中心に関して対称に
配されているので、以−トの説明で双方の組の窓＜２１
）　、　　（２２）に共通ずる場合は、一方の組の窓（
２１）によっ°Ｃ代表される。

（２３）はマスク　（２０）を昇降及び回転させる昇降
同転機構であって、ターンテーブル（２）の回転軸（３
）の下１’７！：ｉ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（２０）に連結される。昇降回転機構（２３）はマ
スク（２０）を所要積度で回転させるためのモータ（２
５）を有し、ごのモータ（２５）はクラッチ（２６）に
よって連結稈（２４）と結合される。また、昇降回転機
構（２３）にはエンコーダ（８）が取付けられる。

回転φｄ＋　（３１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。ターンチーフル（２）とマスク（２１）とは
両歯軍（３１）　、　　（３２）を介して七−タ（４）
によって駆動されて一体に回転する。

（７０）及び（７１）は腕部材及びこれを駆動するモー
タであって、腕部材（７０）の回転軸（７２）は１空容
器（１４）を貫通し、歯車（７６）　、　　（７７）を
介して七−夕（７１）に結合される。１対の電子ビーム
源（６１（（６１）　、　　（６２）　）　の基台（６
ｔｈ）　。

（６２ｂ）が腕部材（７０）の案内突条（７８）　、　
　（７！Ｊ）に摺動自在に係合される。このとき、両ビ
ーム源（６１）、（６２）の各ビームの長平方向が腕部
材（７０）の長手方向と一致するように取付けられる。

回転軸（７２）の下端には、後述のビーム源移動機構（
９０）を介して、エンコーダ（７３）が取付けられる。

（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。

（９０）はビーム源移動機構であって、腕部材（７０）
の回転軸（７２）の他端にこれと一体に取付けられる。

ビーム源移動機構（９０）のモータ（９１）はクラッチ
（９２）を介して回転軸（７２）内に配設された駆動軸
（９３）に粘合される。（Ｑ４）　、　　（’１Ｊ５）
は移動用のネジであって、それぞれ電子ビーム源（６１
）、（６２）の基台（６＋ｂ）　、　　（６２ｂ）に螺
合する。駆動軸（９３）の一端には駆動歯車（９６）が
取付けられ、これとかみ合う被動南軍（９７）　。

（９８）が移動ネジ（！Ｊ４．）　、　　（９５）にそ
れぞれ取付けられる。こうして、両ビーム源（６１）、
（６２）は腕部材（７０）の回転軸（７２）に関して対
称に配設されると共に、回転軸（７２）に関して対称に
移動するようになされる。

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、例えばターンテーブル（
２）の中心から２番目に遠い、第２の分割領域を照射す
るように、移動用モータ（９１）をクラッチ（９２）乃
至歯車（９７）　、　　（９８）を介して移動ネジ（９
４）　、　　（９５）に結合し、電子ビーム（６１）を
ウェーハ（１１）の第２分割領域に対向させるように駆
動する。同時に、マスク昇降回転機構（２３）を動作さ
せて、マスク（２ｏ）の上昇後、モータ（２５）を適宜
回転させて、マスク（２ｏ）の周縁から２番目の窓（２
１ｂ　’）をウェーハ（１１）の第２分割領域に対向さ
せ、マスク昇降回転機構（２３）によってマスク（２ｏ
）を下降復帰させると、マスク（２０）はウェーハ（１
１）、（１２）を均等に押圧してそれぞれをターンテー
ブル（２）に固定させ、ウェーハ（１１）、（１２）が
確実に保持された状態でマスク（２０）がクランプされ
る。

クラッチ（２６）　、　　（り２）を切離し、従来と同
様に、ターンテーブル（２）の円形開口（２ａ）を通し
て赤外線対（１２）によってウェーハ（１１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（６１）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（６１）の
長手方向（８３ａ、）はウェーハ（１ａ）の中心（８１
ａ）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、つ、−２
、（０１，よ、Ｆ、Ｊ（ｌｂ）　ｒ工あゎおイヶヵや□
７、　　　１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Ｃｅｏ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（６ｂ）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）の徒手方向（８３ｃ）はウェーハ（ｌｃ）
の中心（８１Ｃ）とターンテーブル（２）の中心（２ｃ
）とを結ぶ曲線　（８２ｃ）に平行になる。

上述のように、ターンテーブル（２）と同期し一ζ同り
Ｊする電子ビーム源（６１）　　（（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図にボずように、ウェーハ（１）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）Ｊ二の照射線密度が均一になる。

ところで、ビームマスク（２０）がない場合は、電子ビ
ームの照射ｆＩｌ’ｉ域は、照射開始端（５ｄ）から照
！１１終γ端（５ｆ）まで、刻々の照射線の集合であっ
て、ビームの長手方向の端縁の強度むらの部分を除去し
たものは第４図に示されるように広幅弧状となり、その
上縁（８４）及び上縁（８５）は共に、ターンテーブル
（２）の中心（２Ｃ）と電子ビーム＃！＋６＋の回転中
心Ｃ６Ｇとの距１ｉ１ｔＲと等しい曲率半径を存する。

しかし、上述の照射領域がビームマスク（２０）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（２０）の窓（２１）の投影（２１ｐ）と等しい。第
４図にボずように、投影（２ｉｐ）の長辺が弧（８４）
及び（８５）と交わらないように、窓（２１）の形が設
定される。こうして、窓（２１）によって、線状ビーム
（５）の照射の立上り時及び立Ｆり時、並びに長手方向
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）の第２分割領域の照射が終っ
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）か、ビームマスク（２０）の窓
（２２ｂ　）と共に、電子ビーム源（６）の下に差し掛
かる。このとき、腕部材（７０）もターンテーブル（２
）と同じ（１８０°回動して、電子ビ−ム源（６２）が
第３図において領域（６ａ）で示した位置を占めていな
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）を
取付けた腕部材（７０）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ごともできる。

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
ることなく、再びマスク昇降機構（２３）によってマス
ク（２０）を上りＹさせ、クラッチ（２６）を係合して
、モータ（２５）を適宜回転させ、マスク　（２０）の
ｍ　（ｚｔｂ　＞の隣りの窓（２１ａ）がつ工−ハ（１
１）の第１分割領域に対向するように、マスク（２０）
を時計方向に４５°回動させる。同時に、ビーム源移動
機構（９０）のクラッチ（９２）を係合し、ち−タ（９
１）を適宜回転させ、移動ネジ（り４）　、　　（９５
）を駆動して、両ビーム源（６ｔ　）　。

（６２）を腕部材（７０）の回転Ｅ’［１Ｉ（７２）に
近付く方向に、回転軸（７２）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（２
２Ｓ　）でボされる領域）を１回目のそれに隣接させる
ため、移動距−１１はビームマスク（２０）の窓（２１
）の幅Ｗに等しく設定される。以下、上述と同様のサイ
クルで、電子ビーム照射を繰返して、ウェーハ全面を一
様に処理することができろ。

ところで、被処理ウェーハ上の広１マ、ｉ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ｄｆｄ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！１ｌｔｔＲが大きい
稈長（なり、照射領域が犬きくなって、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。

また・ター７テーブ″及び電子Ｙ　−ｈ　源（７）回転
　　　　　　　１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゛（遮蔽される部分を減少させることができ
る。

上述の実ｈｉｊｉ例では１対の電子ビームｄ６＋　（６
ｔ　）　。

（６２）を用いたが、腕部材（７０）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、例えはステッ
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ζ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、この場合マスク（２０）には１組の窓（２１ａ　
）〜（２１ｄ　’）を例えば９０°の角間隔で渦巻状に
配設すればよい。

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、本宛１５４１よ上
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
金属に通用するごとができる。

〔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９回
転させると共に、ビーム、赤を回転台の半径方向に移動
させ、このビーム源の移動に対応して、複数の方形開口
を渦巻状に配設した照射領域規制手段を適宜回動させる
ことによって被処理体トの広１トｉ照射領域を規制する
ようにしたので、被処理体上で各方形開口による照射規
制領域を連接されることができて、簡単なビーム７１Ｉ
Ｉ＋移りＪ機構を用いながら、少ない照射回数ご大口径
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小ず平面図及びブロック図、第３
図１及び第４図は本発明の説明に１１（する路線図、第
５図及び第６図は従来の線状エネルギービーム照射装置
ｉｔの一例をボず平面ν１及びブロック図、第７図は従
来装置′ｉ′Ｊ゛の説明に供する路線図である。（２）はターンテーブル、（６１，（６１）　、　　（
６２）は線状エネルギービーム凋、（２０）はビームマ
スク、（２３）はマスク昇降回転機構、（５■）は移動
相セータ、（７１）はビームｄ４１回転用モータ、（９
０）はビームｄｆ、を移動機構である。

Claims

【特許請求の範囲】

　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と、上記線状エネルギービ
ーム源を上記回転台の半径方向に移動させるビーム源移
動手段と、複数の方形開口を渦巻状に配設した照射領域
規制手段とを設け、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。