JPH01146319A

JPH01146319A - レーザ熱処理装置

Info

Publication number: JPH01146319A
Application number: JP87305275A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishimura; 正西村; Hiromi Kumagai; 熊谷　浩洋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1989-06-08

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〕（産業上の利用分野）本発明は、レーザ熱処理装置に関する。

（従来の技術）一般に半導体製造においてアニール技術は、酸化、拡散
９合金化のための熱処理、イオン注入後の不純物活性化
工程、結晶欠陥や重金属のゲッタリング、電極金属材料
のシンタリングのように半導体自体の内部特性を改変す
る様々なプロセスに伴なって実行される技術である１例
えば、三次元デバイスの研究開発において基本となる５
ＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）形
成技術には、カーボンストリップヒータによるゾーンメ
ルティング法と、レーザ又は電子ビームによる局部加熱
法がある。上記ゾーンメルティング法は、被処理基板が
高温にさらされる時間が長いため上記被処理基板にダメ
ージを与えるという欠点がある。また、上記電子ビーム
による方法は、ビームの制御性が良い反面、装置を真空
に保たねばならない、電子ビームに対するマスク材料の
選択が困雅である、被照射領域が帯電する、照射による
デバイスへのダメージがある等の欠点があり、又、レー
ザに比べて熱歪も大きい。三次元デバイスに要求される
結晶成長技術には、低温プロセスが必須であることモ考
エルとＳＯＩ形成技術としてはレーザアニール法が最適
と考えられる。このレー′ザを利用した再結晶化（単結
晶化）技術では、現在数ｍの長さの単結晶化が可能であ
り、三次元回路素子の試作も行なわれるように成って来
ている。

上記レーザアニール装置は、物理的な形状を保ちなから
レーザの熱エネルギーを被処理基板表面層の改質に利用
しようとするもので、はぼ半導体に限定されている。

このようなレーザアニール装置は、例えば特開昭６０−
１７６２２１号公報ではレーザ光をＸ方向で往復し、試
料台をＹ方向にステップ送りして試料台上の試料表面全
面に上記レーザ光を照射する方法が開示されている。

また、その他特公昭６２−２７５３２号、特公昭５４−
４８２６号、特開昭６２−４７１１４号、特開昭５８−
１０８２２号。

特公昭６２−３２６１６号、特開昭５６−６９８３７号
、特開昭５６−６４４３号、特開昭６１−２４５５１７
号、特開昭６１−２４５５１８号公報等でレーザアニー
ル装置が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら上記特開昭６０−１７６２２１号公報で開
示された技術では、通常使用されるビーム径は５０〜３
００−であるが、１回の走査で溶融できるシリコン膜の
幅はほぼ上記ビーム径程度で、走査線の重合わせの部分
での結晶粒界の発生を抑止することが困難となり、大面
積単結晶層を得ることに適さないという問題点があった
。

本発明は上記点に対処してなされたもので、結晶粒界の
発生を防ぎ、任意の温度分布制御が可能なレーザ熱処理
装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、被処理基板にレーザ光を走査照射して熱処理
を行なう装置において、上記被処理基板の予め定められ
た被処理部に上記レーザ光を一軸方向に往復照射し、上
記一軸方向と直交する他の一軸方向に等速で照射するこ
とを特徴とするレーザ熱処理装置を得るものである。

（作用効果）被処理基板の予め定められた被処理部にレーザ光を一軸
方向に往復照射し、上記一軸方向と直交する他の一軸方
向に等速で照射することにより、走査線の重合わせの部
分で発生する結晶粒界を抑止し、更に任意の温度分布制
御が可能となる効果が得られる。

（実施例）以下１本発明装置を半４体ウェハのアニール処理に適用
した一実施例につき図面を参照して説明する。

図示しない開閉機構例えばエアーシリンダーにより例え
ば２０ｍｍ程度相対的に開閉自在に、内部即ち処理室■
を気密状態に形成する如く例えば円筒状アルミニウム製
チャンバー■が設けられている。

このチャンバー■により形成した処理室■内部にはθ方
向の角度微調整可能な例えば円板状のカーボングラファ
イト製サセプター■が設けられている。このサセプター
■は図示しない真空装置に連設しており、被処理基板例
えば半導体ウェハ（イ）を下向きに吸着保持可能な如く
設けられている。このサセプター■に保持した半導体ウ
ェハ（イ）を予備加熱するための加熱機構例えば多数の
放物面を有する反射板０を備えた各放物面に対応して複
数個のＩＲクランプＩｎｆｒａｒｅｄ　Ｒａｙ　Ｌａｌ
ｌ１ｐ）　（６）が、上記チャンバー■の上部に配設さ
れている。この時、上記チャンバー■の上壁を透明な材
質例えば石英ガラス■により構成し、この石英ガラス■
を通して加熱のための赤外線を例えば定格数キロワット
程度の上記ＩＲクランプから照射可能な如く構成されて
いる。このＩＲクランプが備えている反射板０及び上記
チャンバー■は、上記ＩＲクランプの影響で加熱してし
まうため、これを例えば冷却水により冷却する。

また、上記チャンバー■の下壁は透明な材質例えば石英
ガラス（８）により構成され、この石英ガラス■を通し
て下方から大出力レーザ光を照射自在に走査部０が配設
されている。この走査部（９）は、Ｘ方向走査機構例え
ば鏡回動式走査機構であるガルバノメータ・スキャナ（
１０）が設けられ、このガルバノメータ・スキャナ（１
０）はＹ方向走査機構例えば高精度で微少送り可能なボ
ールネジを用いた一軸移動の精密ステージ（１１）上に
設けられている。

そして、上記ガルバノメータ・スキャナ（１０）で走査
されるレーザ光が定速で走査されるようにｆθレンズ（
１２）が上記ステージ（１１）上に設けられている。こ
のように走査部（９）により１図示しないレーザ発振器
から照射される例えば１８ワツトアルゴンイオンレーザ
光を上記サセプター■に保持された半導体ウェハに）の
表面に走査可能に構成されている。

この走査部０と上記チャンバー■の下壁である石英ガラ
ス（ハ）との間には、上記レーザ光の走査範囲を設定す
るための光遮蔽板（１３）　（１４）が並設している。

この光遮蔽板（１３）は、第２図に示すようにリング状
に形成され内部形状が上記サセプター■に保持された半
導体ウェハ（イ）と同形状に設けられている。また、光
遮蔽板（１４）は例えば１辺が７５ｍｍの２枚の四角形
状光遮蔽板（１４ａ）　（１４ｂ）により構成され、こ
の２枚の光遮蔽板（１４ａ）　（１４ｂ）は各々腕（１
５ａ）　（１５ｂ）を介して光遮蔽板スライド機構例え
ばプーリー（１６）により移動可能なワイヤ（１７ａ）
　（１７ｂ）に接続している。この光遮蔽板スライド機
構はモーター（１８ａ）　（１８ｂ）により上記光遮蔽
板［１４ａ）　（１４ｂ）を所要の速度でスライド移動
可能な構成になっている。このようにしてレーザアニー
ル装置が構成されている。

次に、上述したレーザアニール装置による半導体ウェハ
のアニール方法を説明する。

まず、半導体ウェハ（イ）を板厚方向に縦列状に複数枚
例えば２５枚収納載置した図示しないウェハカセットか
ら搬送機構例えばハンドアームにより１枚の半導体ウェ
ハに）を抜き取り、プリアライメントステージ（図示せ
ず）上に載置する。この時。

上記の搬送動作はハンドアームにより自動搬送してもよ
いが、上記半導体ウェハ（イ）が単数であるならばピン
セットにより直接上記プリアライメントステージ上へ載
置してもよい。次にこのプリアライメントステート上に
載置した半導体ウェハ（イ）を保持例えば吸着保持し、
この半導体ウェハ（イ）を回転させる。この半導体ウェ
ハに）周縁部に配置しているプリアライメントセンサー
例えばフォトインタラプタ（図示せず）により半導体ウ
ェハに）に形成されているオリエンテーション・フラッ
ト（以下、オリ・フラと称する）を検出する。この検出
動作は、ウェハ（イ）の外周の角度に対する変化量（−
次差分）を所定の角度毎に求め、上記外周の変化量の変
化（二次差分）を計算する。そして、算出した二次差分
の最値となる角度を調べ、オリ・フラ角度を求める。次
にオリ・フラ平行合わせを行なうが、これはまず、予め
定めた角度ずつθ方向ヘウエハに）を断続回転させて上
記プリアライメントステージのセンターとオリ・フラの
距離の一番短い角度を求める。そして、オリ・フラの左
と右（１２ｍ間隔）の各４点（１００μｓ）間隔の平均
を求めてｔａｎ”−１により傾き角度を求めて回転させ
る。

この動作をオリ・フラの傾き角度が所定の角度以下にな
るまで繰り返す。次にウェハに）センターサーチを行な
う。これは、ウェハに）を９０°ずつ回転し、ウェハ（
イ）外周の３点の座標からウェハ（至）のセンターを計
算する。これにより算出したウェハ■のセンターを所定
の位置に移動する。このようにしてウェハ（イ）のプリ
アライメント即ち位置合わせが完了する。

このプリアライメントを終えた半導体ウエノ１に）を図
示しない搬送機構例えばトランスファーアーム（図示せ
ず）により吸着し、図示しない開閉機構により開かれた
チャンバー■内に搬送してサセプター（３）により吸着
保持する。この時、上記サセプター■は下向きであり、
半導体ウェハ（イ）を下向き支持するため、上記トラン
スファーアームで半導体ウェハに）を搬送する際にトラ
ンスファーアームが１８０°　回転して半導体ウェハに
）を反転した後上記サセプター■に吸着保持させる。こ
の半導体ウェハ（イ）をサセプター〇に保持する前に予
め半導体ウェハに）の予備加熱例えば半導体ウェハに）
をサセプター■直前でしばらく停止させて予備加熱を行
なう、この予備加熱を行なうことにより、熱膨張による
半導体ウェハに）の破損等を防止することができる。そ
して、上記開閉機構によりチャンバー■を閉じて内部を
気密状態にする。

そして、反射板０を備えたＩＲう°ンプ■で半導体ウェ
ハ（イ）が数百℃程度となるように加熱してからレーザ
光によるアニール処理を行なう、この工Ｒランプ０によ
る均一な加熱により、レーザ光の局所的な発熱で発生す
る熱歪等を防止することができる。また、アニール時に
上記チャンバー■内に例えば窒素のガスパージを行なう
と温度均一性がより向上する。

次に、線状アニールパラメータに従って上記光遮蔽板（
１４ａ）　（１４ｂ）の間隔をモーター（１８ａ）　（
１８ｂ）例えば２相ステツピングモーターの駆動により
Ｘ軸方向の設定アニール幅にスライド移動させ、また、
Ｘ方向走査機構例えば鏡回動式走査機構であるガルバノ
メータ・スキャナ（１０）の振幅を決定する。

そして、このガルバノメータ・スキャナ（ｌＯ）の走査
の中心位置を求め、その位置まで移動する。そして、Ｙ
方向走査機構例えば高精度で微小送り可能なボールネジ
を用いた一軸精密ステージ（１１）を上記一軸方向と直
交する他の一軸方向例えばＹ方向に、加速距離即ちレー
ザ光走査及び上記ステージ（１１）が等速で安定するの
に要する距離だけずらした位置に移動する。そして、上
記ガルバノメータ・スキャナ（１０）を高周波変調波例
えば三角波により回動駆動し、更に上記ステージ（１１
）も駆動する。このステージ（１１）の移動パルス数を
カウンターによりカウントして、指定位置に達した所即
ち上記加速距離を移動した所で上記シャッターをレーザ
光路より退去させてレーザ光を照射する。このレーザ光
の照射は、Ｘ軸方向に対して上記ガルバノメータ・スキ
ャナ（１０）の回動移動により上記光遮蔽板（１４ａ）
　（１４ｂ）により設定したＸ方向におけるアニール幅
で往復照射し、上記ステージ（１１）を等速移動するた
め、半導体ウェハに）の被処理部において、照射したレ
ーザビームは三角波状に擬似線状的に高温のアニール温
度に部分加熱し、レーザアニール処理を行なう。この擬
似線状アニール処理は、Ｘ軸方向の走査速度更びＹ軸方
向の移動速度の選択設定により、半導体ウェハ（イ）表
面における任意の温度分布制御を行なうことが可能とな
る。この時、上記半導体ウェハ（イ）上の温度分布が一
定となるようにレーザビームを重ね合わせて走査し、結
晶粒界の発生を極力防止する。

そして、上記カウンターによりステージ（１１）の移動
パルス数をカウントし、走査終了位置に達した所で上記
シャッターをレーザ光路中に進入させレーザ光を遮断す
る。

このような擬似線状アニール処理を終えた半導体ウェハ
（へ）は図示しない搬送機端例えばトランスファーアー
ムで吸着保持され、開かれたチャンバー■から外部へ搬
送される。この時、このトランスファーアームは１８０
°　回転して半導体ウェハに）を反転させて、ウェハカ
セットへ挿入する。

上記実施例では光遮蔽板スライド機構としてプーリーと
ワイヤを使用して説明したが、上記機構に限定するもの
ではなく、例えばモーターとギヤを使用した機構やエア
ーシリンダー、ソレノイド等を使用゛したスライド機構
でも同様な効果を得ることができる。

以上述べたようにこの実施例によれば、被処理基板の予
め定められた被処理部にレーザ光を一軸方向に往復照射
し、上記一軸方向と直交する他の一軸方向に等速で照射
することにより、走査線の重合わせの部分で発生する結
晶粒界を抑止し、更に任意の温度分布制御が可能となる
。

また、擬似線状走査する際のアニール幅の設定を光遮蔽
板により行なうため、被処理部以外の部分の加熱を容易
に防止することができる。−また、この加熱防止するこ
とにより特別な冷却機構を必要とせず、装置をコンパク
トにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するためのレーザ
アニール装置の構成図、第２図は第１図の光遮蔽板の一
実施例説明図である。２・・・チャンバー、　　　　３・・・サセプター。４・・・半導体ウェハ、ＩＯ・・・ガルバノメータ・スキャナ。１１・・・精密ステージ、　　１２・・・ｆθレンズ、
１３．１４・・・光遮蔽板、１６・・・プーリー、１７
・・・ワイヤ、　　　　　　１８・・・モーター。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理基板にレーザ光を走査照射して熱処理を行
なう装置において、上記被処理基板の予め定められた被
処理部に上記レーザ光を一軸方向に往復照射し、上記一
軸方向と直交する他の一軸方向に等速で照射することを
特徴とするレーザ熱処理装置。
（２）一軸方向往復動作をガルバノメータ・スキャナで
駆動し、他の一軸方向をステージ駆動して被処理部を擬
似線状に熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のレーザ熱処理装置。