JP2785551B2 - エキシマレーザ光照射による熱処理方法 - Google Patents
エキシマレーザ光照射による熱処理方法Info
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- JP2785551B2 JP2785551B2 JP3285699A JP28569991A JP2785551B2 JP 2785551 B2 JP2785551 B2 JP 2785551B2 JP 3285699 A JP3285699 A JP 3285699A JP 28569991 A JP28569991 A JP 28569991A JP 2785551 B2 JP2785551 B2 JP 2785551B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ光照射
による熱処理方法に関する。
による熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置製造プロセスにおける熱処理
方法の一つにエキシマレーザ光を半導体チップに照射す
る方法がある。従来のエキシマレーザによる熱処理（主
としてアニール処理）方法では、ステップ・アンド・リ
ピート法によって、基板に形成したチップ毎にエキシマ
レーザ光を１回だけ照射して、チップの熱処理を行って
いた。
方法の一つにエキシマレーザ光を半導体チップに照射す
る方法がある。従来のエキシマレーザによる熱処理（主
としてアニール処理）方法では、ステップ・アンド・リ
ピート法によって、基板に形成したチップ毎にエキシマ
レーザ光を１回だけ照射して、チップの熱処理を行って
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法で、例えば非晶質シリコンの再結晶化，多結晶シリコ
ン中の結晶欠陥を低減する結晶性の改善または接合の活
性化等を行うには、エキシマレーザ光を１回照射しただ
けでは不十分なことがあった。一例として、ステップ・
アンド・リピート法によって半導体ウエハの複数箇所Ａ
ないしＩ（図示せず）にエキシマレーザ光を順に１回ず
つ照射してアニール処理する場合の一例を、図４に示す
結晶性の改善率と照射位置との関係図により説明する。
図では縦軸が１回照射における結晶性の改善率を示し、
横軸が半導体ウエハ（図示せず）におけるエキシマレー
ザ光の照射位置を示す。図に示すように、各照射位置Ａ
ないしＩにおける結晶性の改善率は一定にならない。こ
のように各照射位置ＡないしＩにおける結晶性の改善率
が一定にならないのは、各照射ごとのエキシマレーザ光
の照射エネルギー密度がばらつくためで、そのばらつき
範囲はおよそ±５％に達する。このばらつきは、主とし
てエキシマレーザ光の発振が不安定なために生じる。こ
の結果、各照射位置ＡないしＩによって熱処理効果がば
らつくので、再現性に優れた熱処理ができない。したが
って、製品の品質にばらつきを生じる。
法で、例えば非晶質シリコンの再結晶化，多結晶シリコ
ン中の結晶欠陥を低減する結晶性の改善または接合の活
性化等を行うには、エキシマレーザ光を１回照射しただ
けでは不十分なことがあった。一例として、ステップ・
アンド・リピート法によって半導体ウエハの複数箇所Ａ
ないしＩ（図示せず）にエキシマレーザ光を順に１回ず
つ照射してアニール処理する場合の一例を、図４に示す
結晶性の改善率と照射位置との関係図により説明する。
図では縦軸が１回照射における結晶性の改善率を示し、
横軸が半導体ウエハ（図示せず）におけるエキシマレー
ザ光の照射位置を示す。図に示すように、各照射位置Ａ
ないしＩにおける結晶性の改善率は一定にならない。こ
のように各照射位置ＡないしＩにおける結晶性の改善率
が一定にならないのは、各照射ごとのエキシマレーザ光
の照射エネルギー密度がばらつくためで、そのばらつき
範囲はおよそ±５％に達する。このばらつきは、主とし
てエキシマレーザ光の発振が不安定なために生じる。こ
の結果、各照射位置ＡないしＩによって熱処理効果がば
らつくので、再現性に優れた熱処理ができない。したが
って、製品の品質にばらつきを生じる。
【０００４】本発明は、再現性に優れたエキシマレーザ
光照射による熱処理方法を提供することを目的とする。
光照射による熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたエキシマレーザ光照射による熱処
理方法であって、エキシマレーザ光の進行方向にビーム
ホモジナイザを設けることによってこのエキシマレーザ
光のビームの断面におけるエネルギー密度分布を均一化
してエキシマレーザ光を連続的に複数回照射する際に、
そのエキシマレーザ光を既に複数回照射して熱処理を行
った箇所に重複して照射することなく熱処理を行うべき
複数個所に順次照射する。
成するためになされたエキシマレーザ光照射による熱処
理方法であって、エキシマレーザ光の進行方向にビーム
ホモジナイザを設けることによってこのエキシマレーザ
光のビームの断面におけるエネルギー密度分布を均一化
してエキシマレーザ光を連続的に複数回照射する際に、
そのエキシマレーザ光を既に複数回照射して熱処理を行
った箇所に重複して照射することなく熱処理を行うべき
複数個所に順次照射する。
【０００６】
【作用】上記エキシマレーザ光照射による熱処理方法で
は、結晶性の改善率は照射するエキシマレーザ光のエネ
ルギー密度により決定される。このため、試料の同一箇
所にエキシマレーザ光を複数回照射することによって、
１回ごとのエキシマレーザ光の照射エネルギー密度がば
らつくことによる結晶性の改善率のばらつきは低減され
る。したがって、例えばエキシマレーザ光を連続的に複
数回照射する際にそのエキシマレーザ光を既に複数回照
射して熱処理を行った箇所に重複して照射することなく
熱処理を行うべき複数個所に順次照射するような、ステ
ップ・アンド・リピート法によって、試料の各照射位置
に対して複数回ずつエキシマレーザ光を照射した場合に
は、各照射位置ごとの結晶性の改善率はほぼ一定にな
る。
は、結晶性の改善率は照射するエキシマレーザ光のエネ
ルギー密度により決定される。このため、試料の同一箇
所にエキシマレーザ光を複数回照射することによって、
１回ごとのエキシマレーザ光の照射エネルギー密度がば
らつくことによる結晶性の改善率のばらつきは低減され
る。したがって、例えばエキシマレーザ光を連続的に複
数回照射する際にそのエキシマレーザ光を既に複数回照
射して熱処理を行った箇所に重複して照射することなく
熱処理を行うべき複数個所に順次照射するような、ステ
ップ・アンド・リピート法によって、試料の各照射位置
に対して複数回ずつエキシマレーザ光を照射した場合に
は、各照射位置ごとの結晶性の改善率はほぼ一定にな
る。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を図１のエキシマレーザ光照
射装置の概略構成図および図２に示す試料の結晶性の改
善率とエキシマレーザ光照射回数との関係図により説明
する。
射装置の概略構成図および図２に示す試料の結晶性の改
善率とエキシマレーザ光照射回数との関係図により説明
する。
【０００８】まず試料の結晶性を改善するのに用いるエ
キシマレーザ光照射装置の一例を図１により説明する。
図に示すように、エキシマレーザ発振器１１には、例え
ば発振波長が３０８ｎｍの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）レ
ーザ発振器または発振波長が２４８ｎｍのフッ化クリプ
トン（ＫｒＦ）レーザ発振器等を用いる。
キシマレーザ光照射装置の一例を図１により説明する。
図に示すように、エキシマレーザ発振器１１には、例え
ば発振波長が３０８ｎｍの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）レ
ーザ発振器または発振波長が２４８ｎｍのフッ化クリプ
トン（ＫｒＦ）レーザ発振器等を用いる。
【０００９】このエキシマレーザ発振器１１より発振さ
れるエキシマレーザ光１２の進行方向には、エキシマレ
ーザ光１２のビーム径を絞るアッテネータ１３が設けら
れている。このアッテネータ１３を通ったエキシマレー
ザ光１２の進行方向には反射鏡１４が設けられている。
この反射鏡１４によって反射されたエキシマレーザ光１
２の進行方向には、エキシマレーザ光１２のビーム断面
におけるエネルギー密度分布を均一化するビームホモジ
ナイザ１５が設けられている。ビームホモジナイザ１５
を通ったエキシマレーザ光１２の進行方向には試料２１
を載置する処理室１６が設けられている。
れるエキシマレーザ光１２の進行方向には、エキシマレ
ーザ光１２のビーム径を絞るアッテネータ１３が設けら
れている。このアッテネータ１３を通ったエキシマレー
ザ光１２の進行方向には反射鏡１４が設けられている。
この反射鏡１４によって反射されたエキシマレーザ光１
２の進行方向には、エキシマレーザ光１２のビーム断面
におけるエネルギー密度分布を均一化するビームホモジ
ナイザ１５が設けられている。ビームホモジナイザ１５
を通ったエキシマレーザ光１２の進行方向には試料２１
を載置する処理室１６が設けられている。
【００１０】処理室１６のエキシマレーザ光１２が入射
する位置にはエキシマレーザ光１２を透過する窓１７が
設けられている。この窓１７はエキシマレーザ光１２を
ほとんど透過する例えば石英ガラスで形成される。また
処理室１６の内部でエキシマレーザ光１２が照射される
位置には試料２１を載置するステージ１８が設けられて
いる。
する位置にはエキシマレーザ光１２を透過する窓１７が
設けられている。この窓１７はエキシマレーザ光１２を
ほとんど透過する例えば石英ガラスで形成される。また
処理室１６の内部でエキシマレーザ光１２が照射される
位置には試料２１を載置するステージ１８が設けられて
いる。
【００１１】上記試料２１の一例を説明する。試料２１
は、単結晶シリコン基板と、この単結晶シリコン基板の
上面に成膜した厚さが５００ｎｍの酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）膜と、この酸化シリコン膜の上面に成膜した厚さ
が４０ｎｍの多結晶シリコン膜とよりなる。
は、単結晶シリコン基板と、この単結晶シリコン基板の
上面に成膜した厚さが５００ｎｍの酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）膜と、この酸化シリコン膜の上面に成膜した厚さ
が４０ｎｍの多結晶シリコン膜とよりなる。
【００１２】次に、上記図１で説明したエキシマレーザ
光照射装置１０で上記説明した試料２１の多結晶シリコ
ン膜を熱処理する方法を説明する。まず、エキシマレー
ザ発振器１１よりエキシマレーザ光１２を発振する。発
振したエキシマレーザ光１２を、アッテネータ１３によ
って、所定のビーム径に絞る。絞ったエキシマレーザ光
１２を、反射鏡１４によって、９０度下方に反射する。
反射したエキシマレーザ光１２を、ビームホモジナイザ
１５によって、エキシマレーザ光１２のビーム断面にお
けるエネルギ密度分布が均一な密度分布を有する状態に
変換する。そして変換したエキシマレーザ光１２を、処
理室１６に設けた窓１７を透過して、ステージ１８上の
試料２１に照射する。エキシマレーザ光１２の照射を、
同一の照射位置に対して、連続的に複数回（例えば４
回）行う。そして試料２１の多結晶シリコン膜の結晶性
を改善する。
光照射装置１０で上記説明した試料２１の多結晶シリコ
ン膜を熱処理する方法を説明する。まず、エキシマレー
ザ発振器１１よりエキシマレーザ光１２を発振する。発
振したエキシマレーザ光１２を、アッテネータ１３によ
って、所定のビーム径に絞る。絞ったエキシマレーザ光
１２を、反射鏡１４によって、９０度下方に反射する。
反射したエキシマレーザ光１２を、ビームホモジナイザ
１５によって、エキシマレーザ光１２のビーム断面にお
けるエネルギ密度分布が均一な密度分布を有する状態に
変換する。そして変換したエキシマレーザ光１２を、処
理室１６に設けた窓１７を透過して、ステージ１８上の
試料２１に照射する。エキシマレーザ光１２の照射を、
同一の照射位置に対して、連続的に複数回（例えば４
回）行う。そして試料２１の多結晶シリコン膜の結晶性
を改善する。
【００１３】このときのエキシマレーザ光１２には、例
えば発振波長が３０８ｎｍの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）
レーザ光または発振波長が２４８ｎｍのフッ化クリプト
ン（ＫｒＦ）レーザ光を用いる。またエキシマレーザ光
１２の照射条件は、一例として、１パルスの照射エネル
ギー密度を２３６ｍＪ／ｃｍ2 、パルス幅をおよそ４０
ナノ秒、パルス間隔をおよそ１秒とした。
えば発振波長が３０８ｎｍの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）
レーザ光または発振波長が２４８ｎｍのフッ化クリプト
ン（ＫｒＦ）レーザ光を用いる。またエキシマレーザ光
１２の照射条件は、一例として、１パルスの照射エネル
ギー密度を２３６ｍＪ／ｃｍ2 、パルス幅をおよそ４０
ナノ秒、パルス間隔をおよそ１秒とした。
【００１４】なお上記多結晶シリコン膜のような薄膜を
アニール処理する場合には、通常エキシマレーザ光１２
の照射エネルギー密度によって、多結晶シリコン膜の結
晶性（例えば双晶や転移等の結晶欠陥）の改善率は決定
される。
アニール処理する場合には、通常エキシマレーザ光１２
の照射エネルギー密度によって、多結晶シリコン膜の結
晶性（例えば双晶や転移等の結晶欠陥）の改善率は決定
される。
【００１５】次に試料２１の多結晶シリコン膜における
結晶性の改善率とエキシマレーザ光の照射回数との関係
を図２により説明する。図では、縦軸が結晶性の改善率
を示し、横軸が照射回数を示す。なお結晶性の改善率
は、試料面に紫外線（例えば波長が２００ｎｍ以上４０
０ｎｍ以下）を照射したときの４．４ｅＶにおける紫外
線反射率のピーク値を測定し、その値を基にして算出し
た。
結晶性の改善率とエキシマレーザ光の照射回数との関係
を図２により説明する。図では、縦軸が結晶性の改善率
を示し、横軸が照射回数を示す。なお結晶性の改善率
は、試料面に紫外線（例えば波長が２００ｎｍ以上４０
０ｎｍ以下）を照射したときの４．４ｅＶにおける紫外
線反射率のピーク値を測定し、その値を基にして算出し
た。
【００１６】図に示すように、エキシマレーザ光を１回
照射した場合には、エキシマレーザ光のエネルギー密度
のばらつきを考慮して、多結晶シリコン膜の結晶性は８
０±５％程度しか改善されない。しかしながら、連続し
て２回以上照射した場合には、多結晶シリコン膜の結晶
性の改善率は向上し、例えば１回の照射における結晶性
の改善率が８０±５％程度ばらつくとすれば、２回の照
射における結晶性の改善率はおよそ９３．８％ないし９
７．８％になり、３回の照射における結晶性の改善率は
およそ９８．４％ないし９９．７％になる。さらに４回
以上の照射では結晶性の改善率はほぼ１００％になる。
また１回のエキシマレーザ光照射による結晶性の改善率
が低い状態、すなわち７５％の状態が３回続いた場合で
も、結晶性の改善率は９８．４％に達する。
照射した場合には、エキシマレーザ光のエネルギー密度
のばらつきを考慮して、多結晶シリコン膜の結晶性は８
０±５％程度しか改善されない。しかしながら、連続し
て２回以上照射した場合には、多結晶シリコン膜の結晶
性の改善率は向上し、例えば１回の照射における結晶性
の改善率が８０±５％程度ばらつくとすれば、２回の照
射における結晶性の改善率はおよそ９３．８％ないし９
７．８％になり、３回の照射における結晶性の改善率は
およそ９８．４％ないし９９．７％になる。さらに４回
以上の照射では結晶性の改善率はほぼ１００％になる。
また１回のエキシマレーザ光照射による結晶性の改善率
が低い状態、すなわち７５％の状態が３回続いた場合で
も、結晶性の改善率は９８．４％に達する。
【００１７】よって、１回ごとのエキシマレーザ光の照
射エネルギー密度がばらつくことにより各照射ごとの結
晶性の改善率がばらついていても、試料の同一箇所にエ
キシマレーザ光を複数回照射することによって、結晶性
の改善率のばらつきは低減される。そして多結晶シリコ
ン膜の結晶性は、ほぼ１００％に近い状態に改善され
る。
射エネルギー密度がばらつくことにより各照射ごとの結
晶性の改善率がばらついていても、試料の同一箇所にエ
キシマレーザ光を複数回照射することによって、結晶性
の改善率のばらつきは低減される。そして多結晶シリコ
ン膜の結晶性は、ほぼ１００％に近い状態に改善され
る。
【００１８】次に一例として、ステップ・アンド・リピ
ート法によって上記試料２１の多結晶試料膜の複数箇所
ＡないしＩ（図示せず）にエキシマレーザ光を順に照射
してアニール処理する場合を、図３に示す結晶性の改善
率と照射位置との関係図により説明する。図では縦軸に
多結晶シリコン膜の結晶性の改善率を示し、横軸にエキ
シマレーザ光の照射位置ＡないしＩを示す。エキシマレ
ーザ光の照射条件としては、例えば一箇所の照射位置
に、２３６ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギー密度のエキシマレ
ーザ光を連続して４回照射する。このときのエキシマレ
ーザ光１２のパルス幅はおよそ４０ｎｓで、パルス間隔
を１秒とした。
ート法によって上記試料２１の多結晶試料膜の複数箇所
ＡないしＩ（図示せず）にエキシマレーザ光を順に照射
してアニール処理する場合を、図３に示す結晶性の改善
率と照射位置との関係図により説明する。図では縦軸に
多結晶シリコン膜の結晶性の改善率を示し、横軸にエキ
シマレーザ光の照射位置ＡないしＩを示す。エキシマレ
ーザ光の照射条件としては、例えば一箇所の照射位置
に、２３６ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギー密度のエキシマレ
ーザ光を連続して４回照射する。このときのエキシマレ
ーザ光１２のパルス幅はおよそ４０ｎｓで、パルス間隔
を１秒とした。
【００１９】図に示すように、多結晶シリコン膜の各照
射位置に対して複数回ずつエキシマレーザ光を照射した
場合には、各照射位置ごとの結晶性の改善率はほぼ一定
になる。すなわち１回の発振におけるエキシマレーザ光
の発振エネルギーが不安定であっても、複数回連続して
照射することにより、各照射位置における結晶性の改善
率は平均化される。この結果、各照射位置では、均一な
熱処理効果が得られるので、再現性に優れた熱処理がで
きる。したがって製品の品質が均一になる。
射位置に対して複数回ずつエキシマレーザ光を照射した
場合には、各照射位置ごとの結晶性の改善率はほぼ一定
になる。すなわち１回の発振におけるエキシマレーザ光
の発振エネルギーが不安定であっても、複数回連続して
照射することにより、各照射位置における結晶性の改善
率は平均化される。この結果、各照射位置では、均一な
熱処理効果が得られるので、再現性に優れた熱処理がで
きる。したがって製品の品質が均一になる。
【００２０】上記実施例の説明において、エキシマレー
ザ光の照射条件は上記数値に限定されることはなく、エ
キシマレーザ光のエネルギー密度，パルス幅，パルス間
隔等は、試料の熱処理条件によって、適宜設定される。
ザ光の照射条件は上記数値に限定されることはなく、エ
キシマレーザ光のエネルギー密度，パルス幅，パルス間
隔等は、試料の熱処理条件によって、適宜設定される。
【００２１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
試料の同一箇所にエキシマレーザ光を複数回照射するの
で、試料の結晶性の改善率のばらつきは大幅に低減され
る。このため、複数の照射位置のそれぞれに対して、エ
キシマレーザ光を複数回照射した場合には、各照射位置
ごとの結晶性の改善率はほぼ一定値になる。したがっ
て、照射エネルギー量のばらつきによる熱処理不良の発
生がなくなるので、エキシマレーザ光による熱処理の再
現性が向上する。よって、製品の品質が一定になる。
試料の同一箇所にエキシマレーザ光を複数回照射するの
で、試料の結晶性の改善率のばらつきは大幅に低減され
る。このため、複数の照射位置のそれぞれに対して、エ
キシマレーザ光を複数回照射した場合には、各照射位置
ごとの結晶性の改善率はほぼ一定値になる。したがっ
て、照射エネルギー量のばらつきによる熱処理不良の発
生がなくなるので、エキシマレーザ光による熱処理の再
現性が向上する。よって、製品の品質が一定になる。
【図１】実施例の熱処理に用いるエキシマレーザ光照射
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図２】結晶性の改善率と照射回数との関係図である。
【図３】結晶性の改善率と照射位置との関係図である。
【図４】課題を説明する結晶性の改善率と照射位置との
関係図である。
関係図である。
１２ エキシマレーザ光 ２１ 試料
Claims (1)
- 【請求項１】 エキシマレーザ光を試料に照射すること
で当該試料を熱処理する方法において、 前記エキシマレーザ光の進行方向にビームホモジナイザ
を設けることによって該エキシマレーザ光のビームの断
面におけるエネルギー密度分布を均一化して該エキシマ
レーザ光を連続的に複数回照射する際に、 前記エキシマレーザ光を既に複数回照射して熱処理を行
った箇所に重複して照射することなく熱処理を行うべき
複数個所に順次照射することを特徴とするエキシマレー
ザ光照射による熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3285699A JP2785551B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | エキシマレーザ光照射による熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3285699A JP2785551B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | エキシマレーザ光照射による熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102061A JPH05102061A (ja) | 1993-04-23 |
| JP2785551B2 true JP2785551B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=17694887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3285699A Expired - Lifetime JP2785551B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | エキシマレーザ光照射による熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2785551B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04130623A (ja) * | 1990-09-20 | 1992-05-01 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP3149450B2 (ja) * | 1991-04-04 | 2001-03-26 | セイコーエプソン株式会社 | 薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置 |
-
1991
- 1991-10-04 JP JP3285699A patent/JP2785551B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05102061A (ja) | 1993-04-23 |
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