JPH01276622A - Beam annealing apparatus - Google Patents
Beam annealing apparatusInfo
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- JPH01276622A JPH01276622A JP10493488A JP10493488A JPH01276622A JP H01276622 A JPH01276622 A JP H01276622A JP 10493488 A JP10493488 A JP 10493488A JP 10493488 A JP10493488 A JP 10493488A JP H01276622 A JPH01276622 A JP H01276622A
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a beam annealing apparatus for irradiating and heating (annealing) a workpiece such as a semiconductor wafer with a high-energy beam.
（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、半導体ウニ八表面層の結
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。(Prior art) In recent years, as an annealing technology, the energy of a high-energy ray beam is absorbed into the surface of an object to be processed, such as a semiconductor wafer, and converted into thermal energy to heat-treat (anneal) the surface layer of the object. Beam annealing technology is attracting attention, and in semiconductor manufacturing, it is mainly used to restore crystallinity of the surface layer of semiconductors and to activate introduced impurities.
例えば３次元素子の開発において基本となるＳｏ １
（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、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（
ＣＶＤ）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。For example, So 1, which is the basis for the development of tertiary elements,
(Silicon On In5ulator) technology is a technology in which a silicon single crystal is further formed on an insulating film formed on the surface of a substrate, and an element is formed on this silicon single crystal. The beam annealing technique described above is attracting attention as one of the methods for forming. That is, for example, chemical vapor deposition (
A high-energy beam such as a laser beam is irradiated onto a non-single-crystal silicon layer formed on an insulating film by CVD), etc.
A non-single crystal silicon layer is made into a single crystal.
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６０−１７８２２１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。Conventionally, such a beam annealing apparatus has been used, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 178221/1983, in which a laser beam is reciprocated in the X direction and the sample stage is moved in steps in the Y direction. There is one that irradiates the entire surface of the upper sample with the laser beam.
また、例えば試料台をＹ方向にステップ送りすると、ス
テップ送りにともなって発生する振動が収束するまでＸ
方向の走査を停止する必要が生じるため、例えば試料台
をＹ方向に所定速度で移動させる等してレーザビームと
試料とをＹ方向に相対的に所定速度で移動させる場合も
ある。For example, when the sample stage is fed step by step in the Y direction, the X
Since it is necessary to stop scanning in the direction, the laser beam and the sample may be moved relatively at a predetermined speed in the Y direction by, for example, moving the sample stage at a predetermined speed in the Y direction.
さらに、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５
８−６９８３７号、特開昭５６−６４４３号、特開昭６
１−２４５５１７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。In addition, other special public works No. 62-27532, Special Publications No. 54
-4826, JP-A-62-47114, JP-A-58
-10822, JP 62-32616, JP 5
No. 8-69837, JP-A-56-6443, JP-A-Sho 6
Laser annealing apparatuses are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-245517, Japanese Patent Laid-Open No. 81-245518, and the like.
（発明が解決しようとする課題）
一般に上述の従来のビームアニール装置では、処理条件
を装置に人力する場合、Ｙ方向、Ｘ方向の走査速度およ
び走査幅を入力するよう構成されている。このため、従
来のビームアニール装置では、第３図に示すように、レ
ーザビームと試料とをＹ方向に相対的に所定速度で移動
させながら、図示矢印りのようにレーザビームをＸ方向
に走査させて処理を行う場合、走査間隔（走査ピッチ）
ｄがどのようになるかを処理前に予測することが困難で
あるため、Ｙ方向の走査速度を種々変化させて実際の走
査を行い、走査ピッチｄが所望の値となるＹ方向の走査
速度を見出す必要があり、走査ピッチｄを所望の値とす
ることが困難であった。(Problems to be Solved by the Invention) Generally, the above-described conventional beam annealing apparatus is configured such that when manually inputting processing conditions to the apparatus, the scanning speed and scanning width in the Y direction and the X direction are input. For this reason, in the conventional beam annealing apparatus, as shown in Fig. 3, the laser beam is scanned in the X direction as shown by the arrow while the laser beam and the sample are moved relatively at a predetermined speed in the Y direction. When processing by scanning, the scanning interval (scanning pitch)
Since it is difficult to predict what d will be before processing, actual scanning is performed by varying the scanning speed in the Y direction, and the scanning speed in the Y direction at which the scanning pitch d becomes the desired value is determined. It was difficult to set the scanning pitch d to a desired value.
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
容易かつ正確に走査ピッチを所望の値とすることのでき
るビームアニール装置を提供しようとするものである。The present invention has been made in response to such conventional circumstances,
The present invention aims to provide a beam annealing device that can easily and accurately set the scanning pitch to a desired value.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
すなわち、本発明は、Ｘ方向およびＹ方向に走査しなが
ら、高エネルギー線ビームを被処理物に照射してアニー
ル処理を行うビームアニール装置において、入力された
Ｘ方向の走査速度および走査幅とＹ方向の走査ピッチと
からＹ方向の走査速度を算出し、このＹ方向の走査速度
に基づいてＹ方向に所定速度で連続的に走査するよう構
成したことを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, the present invention provides a beam annealing apparatus that performs annealing treatment by irradiating a workpiece with a high-energy beam while scanning in the X direction and the Y direction. , calculates the scanning speed in the Y direction from the input scanning speed and width in the X direction and the scanning pitch in the Y direction, and continuously scans in the Y direction at a predetermined speed based on this scanning speed in the Y direction. It is characterized by having been configured.
（作 用）
本発明のビームアニール装置は、入力されたＸ方向の走
査速度および走査幅とＹ方向の走査ピッチとからＹ方向
の走査速度を算出し、このＹ方向の走査速度に基づいて
Ｙ方向に所定速度で連続的に走査するよう構成されてお
り、容易かつ正確に走査ピッチを所望の値とすることが
できる。(Function) The beam annealing device of the present invention calculates the scanning speed in the Y direction from the input scanning speed and width in the X direction and the scanning pitch in the Y direction, and calculates the scanning speed in the Y direction based on the scanning speed in the Y direction. It is configured to continuously scan in the direction at a predetermined speed, and the scanning pitch can be easily and accurately set to a desired value.
（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。(Example) Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a laser annealing apparatus will be described with reference to the drawings.
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ｌａ。For example, the window la is formed in a cylindrical shape from aluminum or the like, and has upper and lower surfaces made of quartz glass or the like.
１ｂを有するチャンバ１内には、例えば直径２２０ｍｍ
、厚さ２０ｍｍ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。In the chamber 1 having a diameter of 220 mm, for example,
A susceptor 2 made of, for example, carbon graphite and having a thickness of 20 mm is disposed. A mechanism such as a vacuum chuck is provided on the lower surface side of the susceptor 2, and is configured to attract and hold the semiconductor wafer 3.
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（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ Ｒａｍｐ ） ５が
配設されており、このＩＲランプ５からの赤外線が窓１
ａを透過して、サセプタ２を例えば５００℃まで予備加
熱するように構成されている。Further, in the upper part of the chamber 1, as a heating mechanism for the susceptor 2, for example, a several kilowatt IR lamp (Infrared Ray Ramp) 5 equipped with a reflector 4 is arranged. 1
The susceptor 2 is preheated to, for example, 500° C. by transmitting the light a.
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。Further, a laser beam irradiation mechanism is arranged to scan and irradiate a laser beam, for example, a CW-Ar gas laser beam, onto the semiconductor wafer 3 placed on the lower surface side of the susceptor 2 from below the chamber 1 through the window 1b.
上記レーザビーム照射機構は、それぞれシャッタ機構６
８，５ｂ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１０
．１１には、それぞれ駆動モータ１０ａ、ｌｌａ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８ａに対する
相対的な位置を調節可能とされている。Each of the laser beam irradiation mechanisms includes a shutter mechanism 6.
It is provided with two laser beam sources: a main laser beam source 7a with laser beams 8 and 5b, and a sub laser beam source 7b. Of these, the sub laser beam 8b emitted from the sub laser beam source 7b is configured such that its direction can be controlled by reflecting mirrors 9, 10, and 11. That is, the reflecting mirror 10
．． 11 are connected to drive motors 10a and lla, respectively, and by adjusting the direction of the reflecting mirror 10.11, the direction of the sub laser beam 8b is controlled, and the main laser beam emitted from the main laser beam source 7a is Its position relative to the beam 8a can be adjusted.
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構
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、走査機構１５
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。さらに、Ｆ−θレンズ１７と窓１ｂとの間に
は、可動型のマスク１８が配置されており、照射領域を
制限可能に構成されている。The main laser beam 8a and the sub laser beam 8b are connected to a polarizing prism 12, a shutter 13,
It reaches the scanning mechanism 15 via the reflecting mirror 14 and the like. Scanning mechanism 1
5 is constructed by disposing a galvanometer mirror 15a, which is, for example, a mirror rotation type scanning mechanism, as an X-direction scanning mechanism, and arranged on a uniaxial precision stage 15b, which uses, for example, a ball screw capable of fine-feeding with high precision as a Y-direction scanning mechanism. and is controlled by the control device 16. And the scanning mechanism 15
The main laser beam 8a and the sub laser beam 8b scanned in the X direction and the Y direction are focused by the F-θ lens 17, and are scanned and irradiated onto the semiconductor wafer 3 through the window 1b. Further, a movable mask 18 is arranged between the F-θ lens 17 and the window 1b, and is configured to be able to limit the irradiation area.
また、上記制御装置１６には、入力装置２０に接続され
た演算装置２１が接続されている。そして、演算装置２
１は、入力装置２０からレーザビームのＸ方向走査速度
ｖ×、Ｘ方向の走査幅β、Ｙ方向の走査間隔（走査ピッ
チ）ｄが入力されると、必要となるＹ方向走査速度ｖＹ
を算出し、制御装置１６に出力するよう構成されている
。Furthermore, a calculation device 21 connected to an input device 20 is connected to the control device 16 . And arithmetic device 2
1 is the required Y-direction scanning speed vY when the X-direction scanning speed v×, the X-direction scanning width β, and the Y-direction scanning interval (scanning pitch) d of the laser beam are input from the input device 20.
It is configured to calculate and output to the control device 16.
すなわち、第２図に示すように、Ｘ方向の走査幅（の場
合、機械的な走査は、走査幅βの両側に加速および減速
に要する長さａを加えた領域に対して行なうため、まず
、この機械的な走査幅りを次式によって算出する。In other words, as shown in Fig. 2, in the case of the scanning width in the , this mechanical scanning width is calculated by the following equation.
β＋２ａ−Ｌ
次に、次式によって、Ｘ方向の一回の走査に要する時間
Ｔを算出する。β+2a-L Next, the time T required for one scan in the X direction is calculated using the following equation.
Ｔ−（Ｌ／Ｖｘ）＋α（Ｖｘ ）
＋ （Ｌ／ＶＲ）＋α（ＶＲ）＋ｔ
なお、上式において、ＶＲはＸ方向の戻り速度を示して
おり、α（Ｖｘ）およびα（ＶＲ）はそれぞれ走査時お
よび戻り時に加速・減速によって増加する時間を補正す
る関数を示している。また、ｔはシャッタの開閉に要す
る時間等その他の補正係数を示している。T-(L/Vx)+α(Vx)+(L/VR)+α(VR)+t In the above equation, VR indicates the return speed in the X direction, and α(Vx) and α(VR) are It shows a function that corrects the time increase due to acceleration and deceleration during scanning and return, respectively. Further, t indicates other correction coefficients such as the time required for opening and closing the shutter.
そして、上記Ｘ方向の一回の走査に要する時間Ｔから、
ＶＹ−ｄ／Ｔ
により、Ｙ方向走査速度ＶＹを算出し、制御装置１６に
出力する。Then, the Y-direction scanning speed VY is calculated from the time T required for one scan in the X-direction by VY-d/T, and is output to the control device 16.
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。In the laser annealing apparatus of this embodiment having the above configuration, the semiconductor wafer 3 is annealed in the following manner.
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。That is, first, an opening/closing mechanism (not shown) of the chamber 1 is opened, and the semiconductor wafer 3 is placed at a predetermined position on the lower surface of the susceptor 2 by a transport device (not shown).
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℃まで予備加熱す
る。Thereafter, the susceptor 2 is preheated to, for example, 500° C. by passing through the window 1a using an IR clamp equipped with a reflecting plate 4.
そして、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。この時、予め、入力装
置２０からＸ方向走査速度ｖ×、Ｘ方向の走査幅β、Ｙ
方向の走査ピッチｄを人力しておく。すると、演算装置
２１により、前述のようにしてＹ方向走査速度ＶＹが算
出され、制御装置により一軸精密ステージ１５ｂがこの
ＶＹに基づいて所定速度で連続的に移動されるとともに
、ガルバノミラ−１５ａがＶｘおよび（に基づいて所定
幅、所定速度で回動され、ＸおよびＹ方向の走査が行わ
れる。Then, the semiconductor wafer 3 is scanned and irradiated with a laser beam, and a gas inlet and an exhaust port (not shown) are used to
Annealing treatment is performed by flowing, for example, nitrogen gas, oxygen gas, etc. along the surface of the semiconductor wafer 3. At this time, from the input device 20 in advance, the X direction scanning speed v×, the X direction scanning width β, Y
The scanning pitch d in the direction is manually determined. Then, the arithmetic unit 21 calculates the Y-direction scanning speed VY as described above, and the control device moves the uniaxial precision stage 15b continuously at a predetermined speed based on this VY, and the galvanomirror 15a moves at the Vx It is rotated at a predetermined width and at a predetermined speed based on (), and scanning in the X and Y directions is performed.
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、予め入力
装置２０からＸ方向走査速度Ｖｘ、Ｘ方向の走査幅β、
Ｙ方向の走査ピッチｄを入力しておけば、自動的にＹ方
向走査速度ｖＹが算出され、ＸおよびＹ方向の走査が行
われる。したがって、容易かつ正確に走査ピッチｄを所
望の値とすることができる。That is, in the laser annealing apparatus of this embodiment, when performing the above-described annealing process on the semiconductor wafer 3, the input device 20 inputs in advance the X-direction scanning speed Vx, the X-direction scanning width β,
If the scanning pitch d in the Y direction is input, the scanning speed vY in the Y direction is automatically calculated, and scanning in the X and Y directions is performed. Therefore, it is possible to easily and accurately set the scanning pitch d to a desired value.
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。Note that in the above embodiment, a laser annealing device that irradiates two laser beams onto the object to be processed, such as the semiconductor wafer 3, has been described; Of course, the present invention can be applied to a beam annealing device that irradiates a beam.
［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、容易かつ正確に走査ピッチを所望の値とすることが
できる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the beam annealing apparatus of the present invention, the scanning pitch can be easily and accurately set to a desired value.
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図のレーザアニール
装置のレーザビーム照射状態を説明するための図、第３
図は従来のレーザアニール装置のレーザビーム照射状態
を説明するための図である。
１・・・・・・チャンバ、１ ａ ｓ １ ｂ・・・・
・・窓、２・・・・・・サセプタ、３・・・・・・半導
体ウェハ、４・・・・・・反射板、５・・・・・・ＩＲ
クランプ６ ａ １６ ｂ ｓ 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、９．１０．１
１．１４・・・・・・反射鏡、ｌＱａ、ｌｌａ・・・・
・・駆動モータ、１２・・・・・・偏光プリズム、１５
・・・・・・走査機構、１５ａ・・・・・・ガルバノミ
ラ−１１５ａ・・・・・・−軸精密ステージ、１６・・
・・・・制御装置、１７・・・・・・Ｆ−θレンズ、１
８・・・・・・マスク、２０・・・・・・人力装置、２
１・・・・・・演算装置。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a laser annealing apparatus, FIG. 2 is a diagram for explaining the laser beam irradiation state of the laser annealing apparatus shown in FIG. 1, and FIG.
The figure is a diagram for explaining a laser beam irradiation state of a conventional laser annealing apparatus. 1...Chamber, 1 a s 1 b...
...Window, 2...Susceptor, 3...Semiconductor wafer, 4...Reflector, 5...IR
Clamp 6 a 16 b s 13...Shutter, 7a...Main laser beam source, 7b...
... Sub-laser beam source, 8a... Main laser beam, 8b... Sub-laser beam, 9.10.1
1.14...Reflector, lQa, lla...
... Drive motor, 12 ... Polarizing prism, 15
......Scanning mechanism, 15a... Galvano mirror 115a...-Axis precision stage, 16...
...Control device, 17...F-θ lens, 1
8... Mask, 20... Human powered device, 2
1... Arithmetic device.
Claims (1)
ー線ビームを被処理物に照射してアニール処理を行うビ
ームアニール装置において、 入力されたＸ方向の走査速度および走査幅とＹ方向の走
査ピッチとからＹ方向の走査速度を算出し、このＹ方向
の走査速度に基づいてＹ方向に所定速度で連続的に走査
するよう構成したことを特徴とするビームアニール装置
。(1) In a beam annealing device that performs annealing by irradiating the workpiece with a high-energy beam while scanning in the X and Y directions, the input scanning speed and width in the X direction and the scanning in the Y direction A beam annealing apparatus characterized in that the beam annealing apparatus is configured to calculate a scanning speed in the Y direction from the pitch, and continuously scan in the Y direction at a predetermined speed based on the scanning speed in the Y direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10493488A JPH01276622A (en) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | Beam annealing apparatus |
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| JP10493488A JPH01276622A (en) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | Beam annealing apparatus |
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|---|---|
| JPH01276622A true JPH01276622A (en) | 1989-11-07 |
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|---|---|---|---|
| JP10493488A Pending JPH01276622A (en) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | Beam annealing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01276622A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7932139B2 (en) * | 2007-05-02 | 2011-04-26 | Texas Instruments Incorporated | Methodology of improving the manufacturability of laser anneal |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6320195A (en) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laser beam machine |
-
1988
- 1988-04-27 JP JP10493488A patent/JPH01276622A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6320195A (en) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laser beam machine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7932139B2 (en) * | 2007-05-02 | 2011-04-26 | Texas Instruments Incorporated | Methodology of improving the manufacturability of laser anneal |
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