JPS635514A - ビ−ムアニ−ル装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明はエネルギー線ビームでウェハ等の非単結晶半導
体層を照射加熱（アニール）することでこの非単結晶半
導体層の単結晶化や導入不純物の熱拡散、活性化をはか
ることも可能なビームアニール装置に関する。

（技術的背景） 近年、３次元回路素子への関心が高まるにつれて、基体
表面に形成された絶縁膜上にさらにシリコン単結晶を形
成し、このシリコン単結晶上に素子を形成スルイわゆる
３Ｑ　Ｔ、　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔ
ｏｒ）技術が注目されている。

このＳＯＩ技術において絶縁膜上に単結晶を形成する方
法の一つとしてビームアニール技術が重要な技術として
期待されている。

このビームアニール技術は化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　
）等により絶縁膜上に形成された非単結晶シリコン層に
レーザ等のエネルギー線ビームを照射することでアニー
ルし、非単結晶シリコン層を単結晶化する技術である。

このビームアニール技術に使用するビームアニール装置
として、試料テーブルに試料を載置したＸＹテーブルを
使用し、このＸＹテーブルによって試料を走査するもの
が知られているが、このような装置ではＸＹテーブルの
機械的な精度に限界があり、ビームの照射ムラが生じる
という問題があった。

また試料テーブルを固定式のものにして照射ビームをウ
ェハ上で走査照射するものもあるが、このような装置で
は、回転反射鏡等を用いてビームの試料への照射角を調
整していたため、試料表面の周辺部と中心部にあけるビ
ームの入射角の違いや、ビームの焦点部と試料表面との
ズレ等によりビーム照射パワー密度が一定とならず、特
に試料の表面積が大きい場合には均一なアニールを行う
ことが困難であった。

そこでこのような問題を解決するために入射ビームの焦
点部が試料表面またはその延長面と一致するようにした
ビーム照射系を用いてビーム照射パワー密度が試料表面
のどの場所でも一定となるようにした技術が開発されて
いる（特開昭６０−１７６２２１＠公報参照）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述したような従来の技術では、複数の試
料を連続的にアニールすることができないため生産性の
向上がはかれないという問題があった。

本発明はこのような欠点を除去するためのもので、特に
試料面積の大きな試料でも試料表面に均一にアニールが
でき、しかも複数の試料を連続的にアニールできるビー
ムアニール装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、試料を載置する複
数の試料台を同心円状に配置した試料テーブルと、この
試料テーブルの試料台に対向して配置された回転テーブ
ルと、試料にエネルギー線ビームを照射するためのビー
ム出力装置と、回転テーブルの記試料台に対向する面に
配置され回転テーブルの回転時に径方向へエネルギー線
ビームの走査線を移動させ試料表面をこのエネルギー線
ビームにより走査照射するビーム走査調整装置と、エネ
ルギー線ビームの走査線が試料表面において直線状とな
るようにエネルギー線ビームの試料への照射方向を制御
するビーム走査制御装置とを有することを特徴とするビ
ームアニール装置を用いる。

（作　用） 本発明では、試料テーブル上に同心円状に複数のウェハ
を載置し、この試料テーブルに対向して設けられたビー
ム走査調整装置を回転させながらエネルギー線ビームを
走査照射することで複数のウェハを連続的にアニールで
きる。

ざらにウェハ上のビームスポットの軌跡が直線的に形成
されるようにエネルギー線ビームのウェハへの照射方向
を制御して試料表面の均一なアニールができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図を参照して説明する
。

エネルギー線ビーム例えばＣＷ−Ａｒガスレーザビーム
を出力するビーム出力部１００からのビームを調整する
ビーム走査部１１０を配置した回転テーブル２２０の駆
動系は、回転テーブル駆動部２１０と、この回転テーブ
ル駆動部例えばモータを制御する回転テーブル制御部２
００．回転テーブル２２０の回転速度を検出する回転速
度検出部２３０とから構成されている。回転速度検出部
２３０からの情報は回転テーブル制御部２００へと入力
される。

回転テーブル制御部２００から出力される情報の一部は
ビーム走査制御部３００へ入力され、走査速度の均一化
または場所に応じた照射ビーム量を均一化するための走
査速度の制御が行なわれる。

−力先学系は、エネルギー線ビーム例えばＣＷ−Ａｒガ
スレーザビームを出力するビーム出力部１００と、ウェ
ハ１３０に対してビームの照射角度の調整や回転テーブ
ルの径方向への移動量を調整する回転テーブルに固定さ
れたビーム走査部１１０、同じく回転テーブルに固定さ
れてビームのスポット形状を線形や双峰形等の任意の形
状に変換するビームスポット成形部１２０１試料テーブ
ル上のウェハの位置を検出するウェハ位置検出部１４０
とから構成されている。

ウェハ位置検出部１４０からの情報はビーム走査制御部
３００へと入力される。

ビーム走査制御部３００は前述したようにウェハ位置検
出部１４０と回転速度検出部２３０とからの情報を入力
し、これら情報をもとにビーム走査部１１０を制御する
。

以上のような構成のビームアニール装置についてその動
作を説明する。

なお実施例では照射ビームとしてＣＷ−Ａｒし一ザを使
用しているが、これは電子ビーム等のエネルギー線ビー
ムでおっても使用できる。

第２図において符号１はＣＷ−Ａｒレーザ出力装置を示
しており、このＣＷ−Ａｒレーザ出力装置１から出力さ
れたレーザ光ビーム２はＸ軸ミラー３とＹ軸ミラー４か
らなるビーム走査部で反射された後集光レンズ５を透過
してウェハ６上に導かれる。これらＸ軸ミラー３やＹ軸
ミラー４の光学系は回転テーブル９に吊設されており、
回転テーブル９と一体となって回転する。

ウェハ６は第３図に示すように試料テーブル７上に同心
円状に一列に複数載置されている。勿論複列設けてもよ
い。

Ｘ軸ミラー３は矢印Ａ方向へ、Ｙ軸ミラー４は矢印Ｂ方
向へそれぞれ回転可能で、ざらにＹ軸ミラー４は矢印Ｙ
方向すなわち回転テーブルの径方向への移動が可能とな
っている。この２つのミラーによりレーザ光ビーム２の
照射位置調整を行なう。

本発明では回転テーブルを回転させながらビーム照射を
行なうので、第４図に示すようにレーザ光ビームのビー
ムスポット８はＹ軸方向のみの移動が可能であればよい
。６ａはウェハ表面のアニールされた部分を示している
。

さて、１つのウェハについてビームスポットの１列分の
アニールが終了すると作業は次のウェハへと移行するわ
けであるが、このようにして回転テーブル９が１周した
時点でビームスポット８の位置をＹ軸方向へずらし、次
列のアニール作業に移る。以上の動作から明らかなよう
に全作業終了時には回転テーブル９上の全てのウェハの
アニールが完了していることになる。なおレーザ出力装
置は、ウェハ間においてはレーザビームの照射を停止す
る層化を有している。

しかしながら上述したような手段では、ビームスポット
８が試料テーブル７の同心円上に沿って移動するためウ
ェハ６上のビームスポット８の軌跡即ち走査線は第５図
（ａ）に示すように円弧状になってしまう。このためウ
ェハ上で走査線間にビームが照射されない隙間ができて
しまいレーザビームの照射ムラが発生しやすくなる。

本実施例では回転テーブル９の回転速度やウェハの大き
ざ等からビームスポット８のＹ軸方向の移動量を制御す
るビーム走査制御部を設けることで第５図（ｂ）に示す
ようにビームスポットの軌跡を直線状にし、前述した問
題を解決する。

本実施例では回転速度検出部で回転テーブル９の回転速
度を検出し、またウェハ位置検出部で試料テーブル７上
のウェハの位置検出をし、これら双方の情報をビーム走
査制御部に入力してビームスポット８のＹ軸方向への移
動量を制御している。

ところで本実施例ではＹ軸方向のビームスポットの移動
量は例えば第６図に示す如く定義すれば以下の式で決定
される。

Ｙ＝Ｒ（１−ｃｏｓθｏ／ＣＯ３θ） ただしＲは Ｒｏ−ｒ≦Ｒ≦Ｒｏ＋ｒ 上式においてｒはウェハの半径を、Ｒはビーム走査半径
、Ｒｏはウェハ中心のピッチ半径、θは回転角度、θ０
はＹ軸制御の角度範囲をそれぞれ示している。

なお回転テーブルの線速度はレーザビームの照射パワー
密度にもよるが、２５０ｍｍ／ｓｅｃ　〜５００ｍｍ／
ｓｅｃ程度が好ましい。

レーザビームのビームスポット形状としては第７図（ａ
）に示す如く双峰形または第７図（ｂ）に示す如く線形
のものが均一なアニールを行なうのに都合がよい。ビー
ムの走査線は隣接走査線間で一部重なるように走査する
ことが望ましい。

また実施例ではエネルギー線ビームとしてＣＷ−Ａｒレ
ーザを使用したが、ＱスイッチをかけたＹＡＧレーザ等
のパルス発掘レーザや電子ビームを使用した場合でも本
発明が適用可能なことは熱論である。

上述したような構成のビームアニール装置を用いること
により３０分で１０枚程度のウェハのアニールを行うこ
とができ、しかも広い面積のウェハに対しても均一なア
ニールが可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明のビームアニール装置を使用
すれば、広い面積の試料に対しても均一なアニールがで
き、さらには複数のウェハを連続的にアニールすること
が可能なので生産性が向上するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るビームアニール装置の構成を示す
ブロック図、第２図は実施例のレーザアニール装置の構
成を示す図、第３図は試料テーブル上に載置されたウェ
ハを示す図、第４図はウェハ上のビームスポットの走査
状態を示す図、第５図はビームスポットの軌跡を示す図
、第６図は試料テーブル上のウェハの位置関係を示す図
、第７図はビームスポットの形状を示す図である。 １・・・・・・ＣＷ−Ａｒレーザ出力装置、３・・・・
・・Ｘ軸ミラー、４・・・・・・Ｙ軸ミラー、６・・・
・・・ウェハ、７・・・・・・試料テーブル、８・・・
・・・ビームスポット、回転テーブル、１１０・・・・
・・ビーム走査部、１４０・・・・・・ウェハ位置検出
部、２００・・・・・・回転テーブル制御部、２２０・
・・・・・回転テーブル、２３０・・・・・・回転速度
検出部、３００・・・・・・ビーム走査制御部。 第２図 。第・３図 第４図 第５こ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を載置する複数の試料台を同心円状に配置し
   た試料テーブルと、前記試料テーブルの試料台に対向し
   て配置された回転テーブルと、前記試料にエネルギー線
   ビームを照射するためのビーム出力装置と、前記回転テ
   ーブルの前記試料台に対向する面に配置され前記回転テ
   ーブルの回転時に径方向へエネルギー線ビームの走査線
   を移動させ前記試料表面をこのエネルギー線ビームによ
   り走査照射するビーム走査調整装置と、前記エネルギー
   線ビームの走査線が前記試料表面において直線状となる
   ように前記エネルギー線ビームの試料への照射方向を制
   御するビーム走査制御装置とを有することを特徴とする
   ビームアニール装置。
2. （２）エネルギー線ビームが連続発振レーザまたはパル
   ス発振レーザであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のビームアニール装置。
3. （３）ビーム出力装置が試料台間ではエネルギー線ビー
   ムの発射を停止させる機構を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のビームアニール装置。