JP3116465B2 - エキシマレーザ光照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ光を照
射して、不純物のドーピングや拡散処理、またはアニー
ル処理等を行うエキシマレーザ光照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタやＭＯＳＦＥＴの接合
層は、トランジスタの性能を向上させるために浅く形成
される。このため、接合層を形成するイオン注入工程を
行った後のアニール処理では、薄膜層のみまたは浅い接
合層部分のみを熱処理することが可能なエキシマレーザ
光を照射する方法が提案されている。エキシマレーザ光
照射によるアニール処理方法は、通常図７に示すような
エキシマレーザ光照射装置３０により行われる。

【０００３】図に示すように、エキシマレーザ光３１を
発振する光源１１が設けられている。エキシマレーザ光
３１の発振方向側には、光線を９０度下方に反射する反
射鏡１２が設けられている。反射されたエキシマレーザ
光３１の照射方向にはビーム強度を調節するアッテネー
タ１３と、強度調節したエキシマレーザ光３１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１４とが順に設けられている。さらにビーム
ホモジナイザ１４を通ったエキシマレーザ光３１の照射
方向側には、熱処理する半導体ウエハ５１を入れる処理
室１５が設けられている。処理室１５のエキシマレーザ
光３１の入射側には、エキシマレーザ光３１を透過する
窓１６が設けられている。また処理室１５の内部には、
照射位置に半導体ウエハ５１を載置するステージ１７が
設けられている。

【０００４】上記エキシマレーザ光照射装置３０では、
光源１１よりエキシマレーザ光３１を発振して、反射鏡
１２，アッテネータ１３，ビームホモジナイザ１４を介
してエキシマレーザ光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。そして、均一化したエキシマレ
ーザ光３１を、処理室１５内のステージ１７に載置した
半導体ウエハ５１に照射する。

【０００５】次にエキシマレーザ光３１の照射方向の詳
細を図８により説明する。図に示すように、半導体ウエ
ハ５１（例えば単結晶シリコンウエハ）上には、薄膜ト
ランジスタ７５が形成されている。薄膜トランジスタ７
５は、半導体ウエハ５１上にゲート絶縁膜７１を介して
形成したゲート７２とゲート７２の両側の半導体ウエハ
５１の上層に形成したソース・ドレイン領域７３，７４
とによりなる。上記薄膜トランジスタ７５のソース・ド
レイン領域７３，７４をアニール処理するには、半導体
ウエハ５１に対して垂直上方より半導体ウエハ５１に向
けてエキシマレーザ光３１を照射する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記エ
キシマレーザ光照射装置では、図９に示すように、例え
ばエキシマレーザ光３１の入射角度が半導体ウエハ５１
のウエハ面５２に対して垂直方向よりも図示の如くにわ
ずかでもずれた場合には、直進性に優れたエキシマレー
ザ光３１の光路をゲート７２が遮る。このため、ソース
・ドレイン領域７４にエキシマレーザ光３１が照射され
ない領域８１を生じる。またゲート７２の側壁が半導体
ウエハ５１のウエハ面５２に対してオーバハング状に形
成されている場合（図示せず）も上記同様にして、ソー
ス・ドレイン領域７３（または７４）にエキシマレーザ
光３１が照射されない領域を生じる。上記の如くに、エ
キシマレーザ光照射によるアニール処理では、浅い接合
層のみをアニール処理することができるが、アニール処
理されない領域を生じるために、デバイス特性の均一性
や安定性が低い。

【０００７】本発明は、エキシマレーザ光の照射均一性
に優れたエキシマレーザ光照射装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【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装置であ
る。すなわち、エキシマレーザ光を発振する光源を設
け、この光源より発振したエキシマレーザ光の照射方向
側にビームホモジナイザを設け、このビームホモジナイ
ザを通ったエキシマレーザ光の照射方向側に、当該エキ
シマレーザ光を透過する窓をレンズ光の照射側に形成し
た処理室を設け、処理室の内部にステージを設けてなる
エキシマレーザ光照射装置であって、この装置のビーム
ホモジナイザを、ステージの試料載置面に対してほぼ平
行な面内で回動可能に設けたものである。またはビーム
ホモジナイザと処理室との間に、エキシマレーザ光の照
射方向を所定の方向に変換する照射方向変換器をステー
ジの試料載置面に対してほぼ平行な面内で回動可能に設
けたものである。

【０００９】

【作用】上記エキシマレーザ光照射装置では、回動可能
に設けたビームホモジナイザを回動して、ある回動角度
毎に停止させ、その都度エキシマレーザ光を試料に照射
する。この結果、エキシマレーザ光は種々の方向より照
射されることになるので、エキシマレーザ光が照射され
ない領域がなくなる。また回動可能に設けた照射方向変
換器を回動して、エキシマレーザ光を異なった方向より
試料に対して斜め入射させる。このため、パターンがオ
ーバハング状に形成されていても、エキシマレーザ光は
オーバハング状のパターンの下の領域にも照射される。
したがって、エキシマレーザ光が照射されない領域がな
くなる。また、ＳＲＡＭ用のＴＦＴのポリシリコン活性
層をアニールする場合も、アニール面に凹凸がある場合
も、エキシマレーザ光を斜め入射させてアニールを行う
ことにより、膜質は均一に向上される。

【００１０】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す概略構成
図により説明する。図に示すように、エキシマレーザ光
３１〔例えば塩化キセノン（ＸｅＣｌ）レーザ光の場合
は波長が３０８ｎｍまたはフッ化クリプトン（ＫｒＦ）
レーザ光の場合は波長が２４８ｎｍ等〕を発振する光源
１１が設けられている。光源１１のエキシマレーザ光３
１の発振方向側には、発振したエキシマレーザ光３１を
９０°方向に反射する反射鏡１２が設けられている。反
射鏡１２で９０°下方に反射されたエキシマレーザ光３
１の照射方向側には、エキシマレーザ光３１のビーム強
度を減衰させて調節するアッテネータ１３が設けられて
いる。アッテネータ１３を通過したエキシマレーザ光３
１の照射方向側には、エキシマレーザ光３１のビーム断
面のエネルギー密度分布を均一な密度分布に変換して、
エキシマレーザ光を均一化するビームホモジナイザ１４
が設けられている。

【００１１】このビームホモジナイザ１４は後述するス
テージ１７の試料載置面１８とほぼ平行な面内で例えば
矢印ア方向に回動可能な状態に設けられている。なお回
動方向は逆方向でもよい。回動手段としては、当該ビー
ムホモジナイザ１４に設けた駆動装置（図示せず）、ま
たは手動による。さらにビームホモジナイザ１４は例え
ば９０°回動するごとに停止可能になっている。しかも
上記ビームホモジナイザ１４は、いかなる位置に回動し
ても、照射されるエキシマレーザ光３１の照射位置が半
導体ウエハ５１のほぼ同位置になるように設定されてい
る。したがって、ビームホモジナイザ１４が回動しても
照射位置は変化しない。

【００１２】上記ビームホモジナイザ１４でエネルギー
密度分布を均一化したエキシマレーザ光３１の照射方向
側には処理室１５が設けられている。処理室１５のエキ
シマレーザ光３１の入射側にはエキシマレーザ光３１を
透過する窓１６が形成されている。窓１６は、エキシマ
レーザ光３１をほとんど透過する例えば石英ガラスで形
成される。処理室１５の内部には、エキシマレーザ光３
１の照射位置に試料としての半導体ウエハ５１を載置す
るステージ１７が設けられている。

【００１３】次に上記構成のエキシマレーザ光照射装置
１０を用いて、半導体ウエハ５１にエキシマレーザ光３
１を照射してアニール処理を行う場合を、前記図１によ
り説明する。まず、処理室１５内のステージ１７に半導
体ウエハ５１を載置し、ステージ１７を移動して、エキ
シマレーザ光３１の照射位置に半導体ウエハ５１を移動
する。

【００１４】その後、光源１１よりエキシマレーザ光３
１を発振する。発振したエキシマレーザ光３１は、反射
鏡１２に当たって９０°下方に反射され、さらにアッテ
ネータ１３によってビーム径が所定の強度に調節され
て、ビームホモジナイザ１４に入射する。そしてビーム
ホモジナイザ１４によって、エキシマレーザ光３１はビ
ーム断面のエネルギー密度分布がほぼ均一な分布状態に
均一化される。均一化されたエキシマレーザ光３１は、
窓１６を透過して、処理室１５内のステージ１７に載置
された半導体ウエハ５１に照射される。

【００１５】次に半導体ウエハ５１をアニール処理する
方法を図２の断面図および図３に示す図２の右側面図に
より説明する。図に示すように、半導体ウエハ５１に
は、前述した従来の技術中の図８で説明したと同様に、
ゲート絶縁膜７１とゲート７２とソース・ドレイン領域
７３，７４とよりなる薄膜トランジスタ７５が形成され
ている。このような半導体ウエハ５１に対して、例えば
矢印カ方向よりエキシマレーザ光３１が照射された場合
には、ゲート７２がマスクの作用をして、ソース・ドレ
イン領域７４にはエキシマレーザ光３１が照射されない
領域８１を生じる。

【００１６】そこでビームホモジナイザ１４（図１参
照）を例えば９０°回動する。そして上記同様にして、
上記ソース・ドレイン領域７３，７４にエキシマレーザ
光３１を矢印キ方向より照射する。この場合には、ゲー
ト７２がソース・ドレイン領域７３，７４に対してマス
クの作用をしないので、エキシマレーザ光３１はソース
・ドレイン領域７３，７４の全域にわたって照射され
る。

【００１７】さらにビームホモジナイザ１４（図１参
照）を９０°回動して、上記同様にエキシマレーザ光３
１を矢印ク方向より半導体ウエハ５１に照射する。この
場合には、ソース・ドレイン領域７４側はゲート７２で
遮られることなくエキシマレーザ光３１は照射される。
一方ソース・ドレイン領域７３側は、ゲート７２がマス
クの作用をするために、エキシマレーザ光３１が照射さ
れない領域８２が生じる。

【００１８】次いで上記同様にビームホモジナイザ１４
（図１参照）を９０°回動してエキシマレーザ光３１を
矢印ケ方向よりソース・ドレイン領域７３，７４に照射
する。この場合には、上記同様にゲート７２で遮られる
ことなくエキシマレーザ光３１はソース・ドレイン領域
７３，７４の全域にわたって照射される。

【００１９】このようにして、例えばエキシマレーザ光
３１を異なる４方向より照射することにより、ゲート７
２の影になる影響をなくすことが可能になる。したがっ
て、ステップ・アンド・リピート法によるエキシマレー
ザ光３１の照射において、上記説明したような異なる４
方向より照射することにより、半導体ウエハ５１のソー
ス・ドレイン領域７３，７４は全域にわたってアニール
処理される。通常、上記のように、４方向よりエキシマ
レーザ光３１を照射すれば、影になる部分はなくなる。

【００２０】次に第２の実施例を図４の概略構成図によ
り説明する。図に示すように、第２の実施例のエキシマ
レーザ光照射装置２０は、上記エキシマレーザ光照射装
置１０のビームホモジナイザ１４と処理室１５との間
に、照射方向変換器２１を、ステージ１７の試料載置面
１８に対してほぼ平行な面内で例えば矢印サ方向に回動
可能な状態に設けたものである。なお、回動方向は逆方
向でもよい。本装置ではビームホモジナイザ１４は固定
されている。

【００２１】上記照射方向変換器２１は、エキシマレー
ザ光３１の照射方向を所定方向に変換するもので、例え
ばエキシマレーザ光３１を反射する第１の反射鏡２２
と、この第１の反射鏡２２に対して所定の角度に設けた
第２の反射鏡２３とよりなる。例えば第１の反射鏡２２
はエキシマレーザ光３１の入射角θ１が４５°になる位
置に配設される。第２の反射鏡２３は第１の反射鏡２２
で反射されたエキシマレーザ光３１を例えば反射角θ２
が３５°になる位置に配設される。上記照射方向変換器
２１は、矢印サ方向に回動しても常に被照射面の同位置
を方向を変換したエキシマレーザ光３１が斜め照射する
ように回動軸が設定されている。すなわち、照射領域の
中心を通る垂線が回動軸になる。したがって、照射方向
変換器２１が回動しても照射位置は変化しない。なお、
上記第２の反射鏡２３を例えば矢印シ方向に回動可能に
取り付けるとともに任意の角度で固定可能な状態に設け
ることにより、エキシマレーザ光３１の斜め照射方向を
任意の方向に設定することが可能になる。

【００２２】次に照射方向変換器２１を設けたエキシマ
レーザ光照射装置２０の動作について、第１の実施例と
同様に半導体ウエハ５１をアニール処理する場合の一例
を、前記図４により説明する。なお、エキシマレーザ光
３１が光源１１よりビームホモジナイザ１４に達するま
では、上記第１の実施例の図１で説明した場合と同様な
ので説明を省略する。

【００２３】図に示すように、ビームホモジナイザ１４
によってエネルギー密度分布を均一化したエキシマレー
ザ光３１は照射方向変換器２１に入射される。照射方向
変換器２１では、第１の反射鏡２２と第２の反射鏡２３
とによって、エキシマレーザ光３１を反射して、処理室
１５内のステージ１７に載置された半導体ウエハ５１に
対して、例えば入射角θ３が２０度になる状態で斜め照
射される。このため、照射方向変換器２１を矢印サ方向
に回動して、９０°回動するごとに停止し、その都度エ
キシマレーザ光３１を斜め照射することにより、エキシ
マレーザ光３１がゲート等のパターンによって遮られて
照射されない部分が生じることがなくなる。

【００２４】つまり、図５の断面図および図６に示す図
５の右側面図に示す如く、照射方向変換器２１（図４参
照）の回動角度が０°の場合では、矢印タ方向よりエキ
シマレーザ光３１が照射されて、例えばゲート７２によ
り遮られて、ソース・ドレイン領域７４にはエキシマレ
ーザ光３１が照射されない領域８１を生じる。そこで照
射方向変換器２１を９０°ごとに２７０°まで回動する
とともに、９０°回動するごとにエキシマレーザ光３１
を照射することによって、エキシマレーザ光３１の照射
方向を矢印チ方向，矢印ツ方向，矢印テ方向に変化させ
る。このように照射方向変換器２１を９０°ごとに回動
することにより、前記エキシマレーザ光３１が照射され
ない領域８１にもエキシマレーザ光３１が照射される。
したがって、ソース・ドレイン領域７４に、エキシマレ
ーザ光３１が照射されない領域８１は生じない。またゲ
ート７２がオーバハング状に形成されている場合でも、
エキシマレーザ光３１が斜め入射するので、ソース・ド
レイン領域７４に、エキシマレーザ光３１が照射されな
い領域８１は生じない。

【００２５】上記実施例における説明では、エキシマレ
ーザ光照射装置１０，２０をアニール処理に用いた場合
について説明したが、本装置は、不純物のレーザドーピ
ングをエキシマレーザ光照射によって行う場合、または
不純物の拡散処理をエキシマレーザ光照射によって行う
場合等に用いることも可能である。したがって、ドーピ
ングまたは拡散処理等を行う場合も、上記アニール処理
と同様にエキシマレーザ光を照射すればよい。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように請求項１の発明に
よれば、エキシマレーザ光照射装置のビームホモジナイ
ザを回動可能に設けたので、同一照射位置に対してエキ
シマレーザ光が異なる方向より照射される。また請求項
２の発明によれば、ビームホモジナイザとチャンバとの
間に、照射方向変換器を回動可能に設けたので、同一照
射位置にエキシマレーザ光を異なる方向より斜め照射す
ることが可能になる。したがって、エキシマレーザ光を
照射しようとする領域の全域にわたって照射することが
できるので、エキシマレーザ光が照射されない領域が生
じなくなる。よって、デバイス特性の均一性や安定性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の概略構成図である。

【図２】アニール処理を説明する断面図である。

【図３】図２の右側面図である。

【図４】第２の実施例の概略構成図である。

【図５】照射方向変換器を用いた場合のアニール処理を
説明する断面図である。

【図６】図５の右側面図である。

【図７】従来例のエキシマレーザ光照射装置の概略構成
図である。

【図８】エキシマレーザ光の照射方向の説明図である。

【図９】課題の説明図である。

【符号の説明】

１０ エキシマレーザ光照射装置 １１ 光源 １４ ビームホモジナイザ １５ 処理室 １６ 窓 １７ ステージ ２０ エキシマレーザ光照射装置 ２１ 照射方向変換器 ３１ エキシマレーザ光 ５１ 半導体ウエハ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エキシマレーザ光を発振する光源と、 前記光源より発振したエキシマレーザ光の照射方向側に
   設けたビームホモジナイザと、 前記ビームホモジナイザを通ったエキシマレーザ光の照
   射方向側に設けたもので、照射されるエキシマレーザ光
   を透過する窓を当該エキシマレーザ光の入射側に形成し
   た処理室と、 前記処理室の内部に設けたステージとよりなるエキシマ
   レーザ光照射装置において、 前記ビームホモジナイザを、前記ステージの試料載置面
   に対してほぼ平行な面内で回動可能に設けたことを特徴
   とするエキシマレーザ光照射装置。
2. 【請求項２】 エキシマレーザ光を発振する光源と、 前記光源より発振したエキシマレーザ光の照射方向側に
   設けたビームホモジナイザと、 前記ビームホモジナイザを通ったエキシマレーザ光の照
   射方向側に設けたもので、照射されるエキシマレーザ光
   を透過する窓を当該エキシマレーザ光の照射側に形成し
   た処理室と、 前記処理室の内部に設けたステージとよりなるエキシマ
   レーザ光照射装置において、 前記ビームホモジナイザと前記処理室との間に、前記エ
   キシマレーザ光の照射方向を所定方向に変換する照射方
   向変換器を前記ステージの試料載置面に対してほぼ平行
   な面内で回動可能に設けたことを特徴とするエキシマレ
   ーザ光照射装置。