JPH03280531A - レーザアニール方法及びレーザアニール装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザアニール方法およびレーザアニール装置
に関する。

（従来の技術） レーザアニール技術はシリコンウェハの加工処理などに
おいて従来用いられており、最近では液晶デイスプレィ
でのＴＰＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）製造などに利用されている。

レーザアニールではスポットビームによってアニールす
るからきわめて精細な加工が可能であること、またバル
クに影響を与えずに表面層のみをアニールすることがで
きる等の特徴を有する。したがって、高集積のＬＳＩや
３次元半導体デバイスの製造プロセスには必須の基本技
術となっている。

実際の製造プロセスにおいてはレーザアニールは種々の
目的および使い方で行われるものであって、成膜などの
加工を行った後にアニールをかけたり、ＣＶＤ法等によ
る成膜と同時にアニールをかけて薄膜形成を制御したり
して用いる。

通常、被加工体は成膜等の加工とレーザアニールとを連
続的あるいは同時に行うため、真空あるいは所定のガス
を充填するチャンバ内に収容されており、レーザアニー
ルを行う場合にはチャンバに設けた光学窓からレーザ光
を被加工体に照射して行う。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記レーザアニールによって被加工体を処理
する場合、製造効率を上げるために多数個の被加工体を
一度に処理したり、液晶デイスプレィなどではきわめて
大画面を有するものが使用されるようになっていること
から、大面積の被加工体であっても確実にレーザアニー
ルできる装置が求められている。

レーザアニールでは１μｍ程度のスポット径のレーザビ
ームが用いられるが、被加工体をレーザアニールする場
合は被加工体の面上でレーザビームを走査させて全体を
アニールする。したがって、大面積の被加工体を扱う場
合には、被加工体に対して常に一定条件でレーザ光を照
射できることが重要な条件となる。

従来のレーザアニール装置では、゛チャンバ内に被加工
体を固定支持し、投射するレーザビームを振ることによ
ってレーザ光を走査するようにしていた。被加工体が小
形でアニール範囲が狭いような場合にはこの方法でも可
能であるが、上記のように大形の被加工体を取り扱う場
合や、さらに集積度を上げたいような場合にはチャンバ
の光学窓を透過する際にレーザ光が屈折したりすること
によって、十分な精度が得られなくなるという問題点が
ある。

また、レーザ光源から放射されるレーザ光強度も、レー
ザ光源が経時変化を起こして劣化したり、パワー供給部
のゆらぎ等によって変動する。このような変動を補償す
る方法として、従来はたとえばレーザ光強度をモニター
し、レーザ光強度の変動に応じてパワー供給を制御する
方法がなされている。しかしながら、レーザ光源から放
射されるレーザ光強度はパワー供給の変動にすぐに追随
できないから、このようなパワー供給を制御する方法で
は完全に一定条件でレーザアニールすることができない
、大面積の被加工体を対象とする場合はこのようなレー
ザ光強度の不定性は完全に解消させる必要がある。

そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたもの
であり、その目的とするところは、大形の被加工体であ
っても確実にアニールでき、レーザ光強度が変動したよ
うな場合でも確実に補償することができて精度のよいレ
ーザアニールを行うことのできるレーザアニール方法及
びレーザアニール装置を提供するにある。

（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次の構成をそなえる。

すなわち、光学窓を備えたチャンバ内に被加工体を設置
し、前記光学窓をとおして被加工体にレーザ光を照射す
るレーザアニール方法において、前記チャンバ内にＸ−
Ｙステージを設けて該ｘ−Ｙステージに被加工体を設置
し、前記透過窓から透過させるレーザ光強度の変動に応
じてｘ−Ｙステージの移動速度を制御することによって
被加工体全体に一定条件でアニール処理を施すことを特
徴とする。

また、光学窓を備えたチャンバ内に被加工体を設置し、
前記光学窓をとおして被加工体にレーザ光を照射するレ
ーザアニール装置において、前記光学窓に垂直にレーザ
光を入射させる光学系を設け、前記チャンバ内に被加工
体を載置するＸ−Ｙステージを設け、前記レーザ光強度
を常時モニターし、レーザ光強度が降下した場合には前
記Ｘ−Ｙステージの移動速度を下げ、レーザ光強度が上
昇した場合にはＸ−Ｙステージの移動速度を上げて一定
条件でレーザアニールを施すコントロール部を設けたこ
とを特徴とする。

（作用） レーザ光をチャンバの光学窓から被加工体に向けて照射
するとともに、Ｘ−Ｙステージを作動させて被加工体を
移動させることによって被加工体上でレーザ光を走査さ
せてレーザアニールする。

レーザ光強度が降下した場合にはコントロール部の指令
にもとづいてＸ−Ｙステージの移動速度を下げ、レーザ
光強度が上昇した際にはＸ−Ｙステージの移動速度を上
げて被加工体に対して一定のアニール条件を得る。

（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明に係るレーザアニール装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。

図で１０は被加工体を収容するチャンバ、１２はチャン
バ１０内に設置したｘ−Ｙステージ、１３は被加工体１
４を保持するためのチャック部である。　ｘ−ｙステー
ジ１２は真空中で円滑に移動できるようにするため実施
例では磁気浮上方式によって構成している。

１６はチャンバ１０の外部にあってＸ−Ｙステージ１２
を駆動する駆動部であり、１８は駆動部１６を制御する
コントローラである。　Ｘ−Ｙステージ１２はパルス制
御によって制御される。

チャンバ１０はロータリポンプ２０およびターボ分子ポ
ンプ２２によって排気される。２４はコンダクタンスバ
ルブ２４で真空計２６に連動してサーボ制御される。２
８は開閉バルブ、３ｏはリークバルブである。

３２は被加工体１４の表面を清浄化するために被加工体
１４を収容してあらかじめ真空にひくための予備真空槽
、３４は被加工体を搬送するための搬送ユニットである
。予備真空槽３２はゲートバルブ３６を介してチャンバ
１ｏと連絡する。

また、３８は被加工体１４を予備加熱するための加熱制
御部である。前記チャック部１３にはヒータが内蔵され
ヒータがこの加熱制御部３８に接続されている。

なお、実施例の装置ではレーザアニールと同時にＣＶＤ
法、スパッタリング法等によって成膜できるよう複数の
ガスライン４０を設けている。４２はガスのフローメー
タ、４４はガス流量を調節するためのマスフローコント
ローラである。

上記Ｘ−Ｙステージ１２上に載置された被加工体１４に
対しては、チャンバ１０の上面に設置した光学窓５０を
介してレーザ光を照射する。

レーザ光を被加工体１４に照射する光学系は、連続発振
のＡｒレーザ５２、Ａｒレーザ５２を制御するパワー供
給部５４、レーザ光を透過窓５゜から被加工体１４に照
射するための光学系５６、レーザ光強度をモニターする
ためのパワーメータ５８、パワーメータ５８の信号処理
部６ｏを有する。

第２図は実施例におけるこれら光学系の配置を示す。６
２．６３．６４は反射ミラー、６６はビームエキスパン
ダ、６８は２分の１波長板、７゜は偏向ビームスプリッ
タ、７２はハーフミラ−７４は集光レンズ系である。Ａ
ｒレーザ５２から放射されたレーザ光はこれら各光学系
を介して、集光レンズ系７４で集光され被加工体１４に
照射される。これら光学系は静置系であってレーザ光が
光学窓５０の一定位置に垂直に入射するようにセットす
る。８０はレーザ光を遮蔽してレーザ光の照射を０Ｎ−
ＯＦＦさせるブランキングミラーである。

なお、偏向ビームスプリッタ７ｏの側方およびハーフミ
ラ−７２の側方にはレーザ光強度をモニターするための
パワーメータ７６．７７を設置する。パワーメータ７６
は偏向ビームスプリッタ７０の前段でレーザ光強度をモ
ニターするものであり、パワーメータ７７は偏向ビーム
スプリッタ７０の後段でレーザ光強度をモニターするも
のである。

パワーメータ７６．７７では常時レーザ光強度をモニタ
ーしており、モニター信号はレーザアニール装置全体の
コントロール部に入力されて比較管理する。

コントロール部では被加工体の搬送およびＸ−Ｙステー
ジの位置制御、レーザ光源系の制御、チャンバの真空系
の制御、ガスライン制御、成膜制御等の各制御を行うが
、レーザアニ−ル処理の場合は以下のようにして行う。

前述したように、本実施例では被加工体１４をチャンバ
１０内のＸ−Ｙステージ１２上にセットすることにより
被加工体１４の移動位置を正確に制御する。レーザ光は
上述したように光学窓５０をとおして常に一定方向に投
射されるから、Ｘ−Ｙステージ１２を動かすことによっ
て被加工体１４が移動し、これによってレーザ光が被加
工体１４上で走査されてアニールされる。

Ｘ−Ｙステージ１２はコントローラ１８によって正確に
位置制御されるから、レーザビームを照射することによ
って被加工体１４表表面体について正確なレーザアニー
ルを施すことができる。とくにこの実施例では、レーザ
光の投射方向を光学窓５０にたいして常に垂直な方向で
一定にセットしているから、レーザ光が光学窓に斜入射
することによる屈折等の影響がなくなり、被加工体１４
に照射されるレーザ光位置が正確に位置決めできるとい
う利点がある。チャンバに取り付ける光学窓は耐圧性の
要求からかなり肉厚のものを用いるからレーザ光が光学
窓透過時に屈折することによる誤差は、高精度の加工を
施す場合には無視できなくなる。

本実施例では上記のようにして被加工体１４をレーザ光
に対して動かすことによって被加工体１４全体にレーザ
アニールを施すが、レーザ光源が劣化したりすることに
よってレーザ光強度が変動することを補償するためＸ−
Ｙステージ１２の移動速度をコントロールして一定条件
でアニール処理がなされるようにしている。

すなわち、Ａｒレーザ５２は使用とともに劣化してレー
ザ光強度が落ちたり、パワー供給にわずかなゆらぎがあ
ったりすることによって、１回のレーザアニール処理中
、あるいは長期間にわたってレーザアニール処理を繰り
返し行っている期間中でレーザ光強度が常に一定とは限
らない。

レーザアニールはレーザ光によって被加工体に熱エネル
ギーを与えて結晶化させたり成膜制御したりするもので
あるから、被加工体を常に一定条件でアニールするため
には熱エネルギーの供給量を一定にコントロールする必
要がある。そのために本実施例のレーザアニール方法で
はパワーメータ７６．７７によってレーザ光強度を常時
監視し、そのモニター信号に基づいてコントローラ１８
を制御して、レーザ光強度が一定値から下がった場合に
はＸ−Ｙステージ１２の移動速度を下げ、レーザ光強度
が一定値を上回った際にはＸ−Ｙステージ１２の移動速
度を上げて被加工体１４のどの場所においても一定の熱
エネルギーが供給できるようにしている。レーザ光強度
の変動によってＸ−Ｙステージ１２をどのように制御す
るからはレーザアニール装置のコントロール部において
コンピュータ制御し、この制御にもとづいてコントロー
ラ１８が制御される。

この制御方法による場合は、レーザ光強度の変・動に対
してＸ−Ｙステージ１２がすぐに応答できることから、
常に一定条件を保持することができるという利点がある
。これに比較して、レーザ光強度が低下した場合にレー
ザ光源へのパワー供給を上げて補償するような方法では
、レーザ光源がパワー供給にすぐに追随できないので、
短時間内での変動に対しては的確に応答させることはで
きない、い。

現在では、被加工体１４がますます大形化しているから
、上記のようにレーザ光強度の変動を確実に補償できる
方法は、被加工体全体を一定条件でレーザアニールする
技術としてきわめて有効な方法である。

なお、レーザアニールは成膜と同時に行うことももちろ
ん可能で、本実施例の装置においても、ガスラインから
所定ガスを供給し、　ＣＶＤ法、スパッタリング法等で
成膜しながら、レーザアニールをかけて成膜制御するこ
とができる。

このように上記レーザアニール方法はレーザアニール処
理を利用する種々装置に応用利用できるものであり、対
象とする被加工体の種類等とくに限定されるものではな
い。また、レーザ光源、光学系等も適宜選択して利用す
ることができる。たとえば、上記実施例ではビームスポ
ット状のレーザ光を使用したが、ラインビームのレーザ
光を利用してアニール処理を施す場合も同様に利用する
ことができる。この方法は、数十ｃｍ角以上もの大面積
を有する被加工体をアニール処理する際に処理効率を上
げるうえで有効である。

第３図および第４図は上記レーザアニール装置の具体装
置例を示す正面図および平面図である。

前記チャンバ１０は機枠１００の中央部手前側に設置さ
れ、光学系はチャンバ１０の上方側に、ロータリポンプ
２０は下部側にセットされる。１０２はチャンバ１０を
支持するエアサーボマウントである。チャンバ１０の前
面にはのぞき窓１０６を設ける。

この実施例では光学窓５０を溶接ベローズに固定して若
干可動に設け、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザ１０８によるレー
ザ光を参照光として光学窓５０に放射し、光学窓５０か
らの反射光を検出器１１０で受は反射光の正規位置から
のずれを検出して光学窓５０を正規位置に戻すようにし
ている。光学窓５０は溶接ベローズの外周部に設けた姿
勢制御用のコイルによりボイスコイルと同様な作用によ
って姿勢制御する。

第４図に示すように、チャンバ１０内の中央部にＸ−Ｙ
ステージ１２が設置され、Ａｒレーザ５２から放射され
たレーザ光が前記光学系を介してチャンバ１０上方から
照射される。１１２は被加工体を予備加熱するための予
備加熱ヒータである。

Ａｒレーザ５２は図のように機枠１００の奥側に設置さ
れる。１１４はＡｒレーザ５２のレーザ出射位置に設け
たパワーメータである。

ガスラインは機枠１００のほぼ中央に設置され、マスフ
ローコントローラ４４、ガスボンベ１１６等が設置され
ている。

以上１本発明について好適な実施例を挙げて種々説明し
たが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんのことである。

（発明の効果） 本発明に係るレーザアニール方法およびレーザアニール
装置によれば、上述したように被加工体をＸ−Ｙステー
ジ上にセットしてアニール処理するから、レーザ光源系
の構成を単純化することができる。レーザ光の被加工体
への照射位置が正確になるから高精度でレーザアニール
することができ半導体デバイス等の高集積化に容易に対
処することができる。被加工体全体に対して一定の製造
条件でアニール処理することができ、大形の被加工体で
あっても確実で精度のよいアニール処理を施すことがで
きる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザアニール装置の一実施例を
示すブロック図、第２図はレーザ光源系の構成を示す説
明図、第３図および第４図はレーザアニール装置の正面
図および平面図である。 １０・・・チャンバ、　　１２・・・Ｘ−Ｙステージ、
　１４・・・被加工体、　１６・・・駆動部、１８・・
・コントローラ、　　２２・・・ターボ分子ポンプ、　
３２・・・予備真空槽、　３４・・・搬送ユニット　４
０−−−ガスライン、５０・・・光学窓、　５２・・・
Ａｒレーザ、５４・・・パワー供給部、　５８．７６．
７７・・・パワーメータ、　　５６・・・光学系、　　
７０・・・偏向ビームスプリッタ、　　７２・・・ハー
フミラ−１７４・・・集光レンズ系、　　１００・・・
機枠、　　１０６・・・のぞき窓、　　１０８・・・Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ、　１１２・・・予備加熱ヒータ、　　
１１６・・・ガスボンベ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学窓を備えたチャンバ内に被加工体を設置し、前
   記光学窓をとおして被加工体にレーザ光を照射するレー
   ザアニール方法において、前記チャンバ内にＸ−Ｙステ
   ージを設けて該Ｘ−Ｙステージに被加工体を設置し、 前記透過窓から透過させるレーザ光強度の 変動に応じてＸ−Ｙステージの移動速度を制御すること
   によって被加工体全体に一定条件でアニール処理を施す
   ことを特徴とするレーザアニール方法。 ２、光学窓を備えたチャンバ内に被加工体を設置し、前
   記光学窓をとおして被加工体にレーザ光を照射するレー
   ザアニール装置において、前記光学窓に垂直にレーザ光
   を入射させる 光学系を設け、 前記チャンバ内に被加工体を載置するＸ−Ｙステージを
   設け、 前記レーザ光強度を常時モニターし、レー ザ光強度が降下した場合には前記Ｘ−Ｙステージの移動
   速度を下げ、レーザ光強度が上昇した場合にはＸ−Ｙス
   テージの移動速度を上げて一定条件でレーザアニールを
   施すコントロール部を設けたことを特徴とするレーザア
   ニール装置。