JPH01246829A

JPH01246829A - ビームアニール装置

Info

Publication number: JPH01246829A
Application number: JP7423888A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokota; 横田　隆
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1989-10-02

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、高エネルギー線ビームで半導体ウェハ等の被
処理物を照射加熱（アニール）するビームアニール装置
に関する。

（従来の技術）近年、アニール技術として、高エネルギー線ビームのエ
ネルギーを被処理物例えば半導体ウェハ表面に吸収させ
、熱エネルギーの形に変換して被処理物の表面層の熱処
理（アニール）を行うビームアニール技術が注目されて
おり、半導体製造においては、半導体ウェハ表面層の結
晶性回復や導入不純物の活性化等に主として用いられて
いる。

例えば３次元素子の開発において基本となるＳＯＩ　（
Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）技術は、
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する技術
であり、このＳｏｌ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、上記ビームアニール技術が注
目されている。すなわち、例えば、化学気相成長法（Ｃ
ＶＤ）等により絶縁膜上に形成された非単結晶シリコン
層に、レーザ等の高エネルギー線ビームを照射して、非
単結晶シリコン層を単結晶化する。

従来、このようなビームアニール装置としては、例えば
、特開昭８０−１７８２２１号公報に開示されているよ
うに、レーザビームを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
ザビームを照射するもの等がある。

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８２−３２８１６号、特開昭５８
−８９８３７号、特開昭５６−６４４３号、特開昭８１
−２４５５１７号、特開昭８１−２４５５１８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）一般に、ビームアニール装置では、高エネルギー線ビー
ム例えばレーザビームの出力分布がアニール処理の良否
に大きな影響を与える。

しかしながら、従来のビームアニール装置では、このよ
うな高エネルギー線ビームの出力分布についての情報を
得ることができず、このため、照射条件を設定するのに
時間を要するとともに、高エネルギー線ビームの出力変
動等によって、再現性が損われることがあるという問題
がある。特に、このような問題は、例えば複数本のレー
ザビーム等を用いてアニール処理を行う場合、これらの
レーザビームの相対的な位置によって照射面における出
力分布が大きく変化するため、大きな問題となる。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
高エネルギー線ビームの出力分布についての情報を得る
ことができ、高エネルギー線ヒームの照射条件を容易に
設定することができるとともに、再現性の高い良好なア
ニール処理を行うことのできるビームアニール装置を提
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）すなわち、本発明は、被処理物表面に高エネルギー線ビ
ームを走査照射してアニール処理するビームアニール装
置において、高エネルギー線ビームの出力分布を測定す
る手段と、この手段からの１ｌｌＪ定信号を処理して画
像信号を出力する手段と、この手段からの画像信号によ
り前記出力分布を表示する手段とを備えたことを特徴と
する。

（作　用）本発明のビームアニール装置は、高エネルギー線ビーム
の出力分布を測定する手段と、この手段からの測定信号
を処理して画像信号を出力する手段と、この手段からの
画像信号により出力分布を表示する手段とを備えている
。

したがって、例えば複数本のレーザビーム等、高エネル
ギー線ビームの出力分布についての情報を得ることがで
き、この高エネルギー線ビームの照射条件を容易に設定
することができるとともに、再現性の高い良好なアニー
ル処理を行うことができる。

（実施例）以下、本発明をレーザアニール装置に適用した実施例を
図面を参照して説明する。

例えばアルミニウム等により円筒状に形成され、上面お
よび下面に石英ガラス等からなる窓１ａｑ１ｂを有する
チャンバ１内には、例えば直径２２０ＩＩ１ｍ、厚さ２
０ｎｕａの例えばカーボングラファイトからなるサセプ
タ２が配設されている。このサセプタ２の下面側には、
例えば真空チャック等の機構が設けられ、半導体ウェハ
３を吸着保持するよう構成されている。

また、上記チャンバ１の上部には、サセプタ２の加熱機
構として例えば反射板４を備えた数キロワットのＩＲラ
ンプ（Ｉｎｆ’ｒａｒｅｄ　Ｒａｙ　Ｒａｌｌ１ｐ　）
　５が配設されており、このＩＲクランプからの赤外線
が窓１ａを透過して、サセプタ２を例えば５００’Ｃま
で予備加熱するように構成されている。

さらに、チャンバ１下方から、窓１ｂを介して、サセプ
タ２の下面側に配置された半導体ウェハ３にレーザビー
ム例えばＣＷ−Ａｒガスレーザビームを走査照射する如
くレーザビーム照射機構が配置されている。

上記レーザビーム照射機構は、それぞれシャッタ機構６
ａ、６ｂを備えた主レーザビーム源７ａと、副レーザビ
ーム源７ｂとの　２つのレーザビーム源を備えている。

このうち副レーザビーム源７ｂから射出された副レーザ
ビーム８ｂは、反射鏡９．１０．１１により、ビームの
方向を制御可能に構成されている。すなわち、反射鏡１
０．１１には、それぞれ駆動モータ１０　ａ　ｓ　１１
　ａが接続されており、反射鏡１０．１１の向きを調節
することにより、副レーザビーム８ｂの方向を制御し、
主レーザビーム源７ａから射出された主レーザビーム８
ａに対する相対的な位置を調節可能とされている。

上記主レーザビーム８ａと副レーザビーム８ｂは、はぼ
平行なビームとして偏光プリズム１２、シャッタ１３、
反射鏡１４等を経て、走査機構１５に至る。走査機構１
５は、Ｘ方向走査機構として、例えば鏡回動式走査機措
であるガルバノミラ−１５ａが、Ｙ方向走査機構として
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１５ｂ上に配置されて構成されており、制
御装置１６によって制御される。そして１．走査機構１
５によってＸ方向およびＹ方向に走査された主レーザビ
ーム８ａと副レーザビーム８ｂは、Ｆ−θレンズ１７に
よって集光され、窓１ｂを介して半導体ウェハ３に走査
照射される。

また、チャンバ１内のサセプタ２の側方には、第２図に
も示すように、直径ｌＯミクロン程度の透孔からなるピ
ンホール１８ａ（またはスリット）と、このピンホール
１８ａから照射されるレーザビームＬの強度を測定する
ための受光素子１８ｂからなる測定器１８が配置されて
いる。さらに、受光素子１８ｂは、演算装置１９に接続
されており、この演算装置１９は、入力装置２０、表示
装置２１に接続されている。なお、上記人力装置２０は
、走査機構１５の制御を行う制御装置１６にも接続され
ている。　そして、入力装置２０からレーザビームＬの
出力分布を測定する旨の入力があると、制御装置１６に
よって、レーザビームＬがピンホール１８ａ上を走査照
射され、受光素子１８ｂによってその強度が測定され、
演算装置１９に入力される。なお、出力分布の測定を、
主レーザビーム８ａと副レーザビーム８ｂを同時に照射
した状態で行う場合は、まず、シャッタ５ａのみを開と
し、主レーザビーム８ａを走査照射した後、主レーザビ
ーム８ａと副レーザビーム８ｂを同時に走査照射する。

この時、演算装置１９は、この測定信号を次のようにし
て処理する。

すなわち、第３図のフローチャートにも示すように、ま
ず、入力装置２０から出力分布の測定を行う領域を指定
する入力があると（ａ）、測定信号を取込む間隔を設定
する（ｂ）。

そして、入力装置２０からの指定が、主レーザビーム８
ａと副レーザビーム８ｂを同時に照射した状態で行う測
定であるか否かを判断しくＣ）、どちらか一方のみの場
合は、例えば２５６Ｘ　　２５６の信号を取込み（ｄ）
、これらの中から最大値を抽出する（ｅ）。

一方、同時に照射した状態で行う測定である場合は、前
述のように、まず主レーザビーム８ａのみの走査照射が
行われるので、この主レーザビーム８ａのみの走査照射
時に、例えば４０ライン程度の信号を取込み（ｆ）、こ
れらの中から最大値を抽出しくｇ）、この後、主レーザ
ビーム８ａと副レーザビーム８ｂとが同時に走査照射さ
れた時に、例えば２５８Ｘ　　２５６の信号を取込む（
ｈ）。

このようにして信号を取込んだ後、最大値に対する閾値
、例えば一般にレーザビームのビーム径として定義され
る最大値の１／ｅ２を算出し、最大値と閾値との間を幾
つかに等分、例えば５等分した値を設定する（ｉ）。

この後、取込んだデータを例えば周辺のデータと平均化
する等してノイズを軽減するフィルタ操作を行い（ｊ）
、前述の最大値、閾値および設定値に基づいて、出力分
布を等高線として表示するためのグラフィックデータを
作成する（ｋ）。

そして、このグラフィックデータを表示装置２１に出力
して例えば第４図に示すような等高線Ａとして出力分布
を表示しくβ）、必要ならばプリンタ等に出力して（ｍ
）、動作を停止する（ｎ）。

上記構成のこの実施例のレーザアニール装置では、次の
ようにして半導体ウェハ３のアニール処理を行う。

すなわち、まずチャンバ１の図示しない開閉機構を開と
して、図示しない搬送装置により半導体ウェハ３をサセ
プタ２下面の所定位置に配置する。

この後、反射板４を備えたＩＲクランプにより窓１ａを
透過して、サセプタ２を例えば５００°Ｃまで予備加熱
する。

そしテ、半導体ウェハ３にレーザビームを走査照射する
とともに、図示しないガス導入口および排気口により、
半導体ウェハ３表面に沿って例えば窒素ガス、酸素ガス
等を流してアニール処理を行う。

すなわち、この実施例のレーザアニール装置では、上述
の半導体ウェハ３のアニール処理を行う場合、前述のよ
うにして予めレーザビームの出力分布についての情報を
得ることができる。

このため、例えば主レーザビーム８ａと副レーザビーム
８ｂを同時に照射するような場合でも、出力分布の状態
から、ある程度半導体ウェハ３の温度を予測することが
できる。

したがって、例えば、主レーザビーム８ａと副レーザビ
ーム８ｂの間隔、走査速度、走査間隔等の走査照射条件
を容易に設定することができる。

また、予めレーザビームの出力分布についての情報を得
ることにより、再現性の高い良好なアニール処理を行う
ことができる。

なお、上記実施例では、半導体ウェハ３等の被処理物に
２本のレーザビームを照射するレーザアニール装置につ
いて説明したが、例えば１本のレーザビームを照射する
レーザアニール装置、その他の高エネルギー線ビームを
照射するビームアニール装置に本発明を適用することが
できることは勿論である。

［発明の効果］以上説明したように本発明のビームアニール装置によれ
ば、高エネルギー線ビームの出力分布についての情報を
得ることができ、高エネルギー線ビームの照射条件を容
易に設定することができるとともに、再現性の高い良好
なアニール処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をレーザアニール装置に適用した実施例
の概略構成を示す図、第２図は第１図の要部を示す断面
図、第３図は第１図のレーザアニール装置の演算装置の
動作を説明するためのフローチャート、第４図は第１図
のレーザアニール装置の出力分布の表示の例を説明する
ための図である。１・・・・・・チャンバ、１ａ、ｌｂ・・・・・・窓、
２・・・・・・サセプタ、３・・・・・・半導体ウェハ
、４・・・・・・反射板、５・・・・・・ＩＲランプ−
，６ａ、　６ｂ、１３・・・・・・シャッタ、７ａ・・
・・・・主レーザビーム源、７ｂ・・・・・・副レーザ
ビーム源、８ａ・・・・・・主レーザビーム、８ｂ・・
・・・・副レーザビーム、９．１０．１１．１４・・・
・・・反射鏡、１０　ａ　ｓ　１１　ａ・・・・・・駆
動モータ、１２・・・・・・偏光プリズム、１５・・・
・・・走査機構、１５ａ・・・・・・ガルバノミラ−１
１５ａ・・・・・・−軸精密ステージ、１６・・・・・
・制御装置、１７・・・・・・Ｆ−θレンズ、１８ａ−
・・・・・・ピンホール、１８ｂ・・・・・・受光素子
、１８・・・・・・測定器、１９・・・・・・演算装置
、２０・・・・・・人力装置、２１・・・・・・表示装
置。出願人　　　東京エレクトロン株式会社代理人　　　弁
理士　　須　山　佐　−−１；１　　・・ｊ第２図第４図町）３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理物表面に高エネルギー線ビームを走査照射
してアニール処理するビームアニール装置において、高エネルギー線ビームの出力分布を測定する手段と、こ
の手段からの測定信号を処理して画像信号を出力する手
段と、この手段からの画像信号により前記出力分布を表
示する手段とを備えたことを特徴とするビームアニール
装置。