JPH0763055B2 - レ−ザアニ−ル装置 - Google Patents

レ−ザアニ−ル装置

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JPH0763055B2
JPH0763055B2 JP6028986A JP6028986A JPH0763055B2 JP H0763055 B2 JPH0763055 B2 JP H0763055B2 JP 6028986 A JP6028986 A JP 6028986A JP 6028986 A JP6028986 A JP 6028986A JP H0763055 B2 JPH0763055 B2 JP H0763055B2
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laser
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movable
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伸夫 佐々木
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 レーザ装置の架台とX,Yステージの架台を分離し、後者
の架台をバネにより抑えて前者の架台に対して所定範囲
内で可動にし、該ステージの往復動に伴なう衝撃を吸収
するようにしたレーザアニール装置。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザアニールによりウエーハ上の多結晶シ
リコンを単結晶にする装置に関する。
〔従来の技術〕
レーザ再結晶法は、SOI(Silicon On Insulator)構造
のMOS FETを製造するのに有力な方法であある。SOI構造
のMOS FETを利用するとSOI−ICや3次元ICのような高速
かつ高集積度のIC(集積回路)を作ることができるの
で、レーザ再結晶法には近年多くの研究開発が進められ
ている。
レーザ再結晶装置は概略第3図に示す構成を有する。10
はガスレーザ装置、12,14,16はミラー、18はフォーカシ
ングレンズ、20はシリコンウエーハで加熱装置(ホット
チャック)22により保持される。26はXステージ(X方
向移動機構)で、この上にYステージ(Y方向移動機
構)24が取付けられ、加熱装置22はYステージに乗る。
ウエーハ20は第4図(a)に示すように例えば400μm
の厚さのシリコン基板Si、その表面を熱酸化して形成さ
せた1.0μm程度の厚さの二酸化シリコンSiO2、その上
にCVD法により形成した多結晶シリコンpoli−Siからな
る。レーザ装置10はアルゴンガスレーザで、第4図
(b)に示すように発振管10aと、その両端の発振用ミ
ラー10b,10cを備える。
レーザ装置10より出たレーザ光30は径2mm程度で、ミラ
ー12,14,16により図示の如く導かれ、レンズ18で径20〜
100μmに絞られ、ウエーハ20に投射される。ウエーハ
にレーザ光が投射されると、加熱装置22により既に500
℃程度に加熱されているウエーハの最上層の多結晶シリ
コンは直ちに溶融し、X,Yステージ26,24によるX,Y方向
移動で多結晶シリコン層は第4図(c)に示すように全
面的に溶融、凝固が行なわれ、これにより単結晶化され
る。この第4図(c)で1,2,……は1回目,2回目,……
のX方向移動で溶融、凝固される領域を示し(但しこれ
は説明上のもの)、これらはレーザ光の径にほぼ等しい
幅を持つ細幅帯状領域である。全面塗りつぶし的な処理
であるからこれらの帯状領域は若干重ならせてある。矢
印は移動方向を示す。
〔発明が解決しようとする問題点〕
レーザアニールでは20μmという様な細いレーザ光を照
射し(照射位置は固定)、ウエーハをX方向に移動し、
次に微小長Y方向に移動したのち同じX方向ではあるが
逆方向に移動し、かかるジグザグ状移動でウエーハを全
面的に溶融、凝固して行く。上記Y方向微小長は溶融凝
固帯が重なるようにするので本例では20μm以下であ
り、これでウエーハ全面を溶融、凝固するには移動速度
を高速にしないと処理に長時間を要することになる。
そこでスループット向上のため走査速度は300m/s程度の
値が採用されており、往復運動であるので加速度は1〜
10m/s2になる。ところで、ウエーハ自体は軽量であり、
高速、高加速度に何ら支障はないが、加熱装置22が重量
物で、高加速に難がある。加熱装置22は第4図(d)
(e)に示すようにウエーハを真空吸着するための吸排
気機構、加熱するためのヒーター、X,Yステージを加熱
しないための水冷機構からなり、6″φウエーハ用で18
kg以上になる。このような重量物が高速運動を行なう
と、例えば加速度を5m/s2、Yステージ重量を2.0kgとし
てXステージの加速運動中の衝撃は20kg・5m/s2=100N
となり、レーザ装置のミラーや光学系の位置ずれを生じ
たり、振動を与えたりして、精密な位置決めや、長期間
の安定したレーザ照射を困難にする。
レーザ装置10は第3図(b)に示したように発振チュー
ブの両端に発振用のミラー10b,10cが置かれ、ミラーは
バネで抑え、反対側からマイクロメータで押して所望位
置にセットする構成になっているので、光軸方向に可動
である。そこで上記衝撃がレーザ装置の光軸方向に加わ
るとミラー位置が変動し、パワー値が変る。
往復動型のレーザ走査をする限り衝撃発生は避けられな
いが、レーザ装置の出力低下などがあって均一なレーザ
アニールが出来ないのは問題である。そこで本発明はこ
の衝撃を可及的に無害化しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、レーザ装置(10)と、X,Yステージ(26,24)
にのせられウエーハ(20)を保持、加熱する装置(22)
と、レーザ装置からのレーザ光をウエーハに投射する光
学系(12,14,16,18)を備え、レーザ光を投射しながら
X,YステージによりウエーハをX方向に高速往復動、Y
方向に精密移動させて該ウエーハ表面の多結晶シリコン
層を単結晶化するレーザアニール装置において、前記レ
ーザ装置は固定架台(32)に取付け、前記X,Yステージ
および加熱装置は、バネを介して抑えられ所定範囲内で
X方向に可動な架台(28)に取付け、前記光学系のレー
ザ光通路にはX方向と平行な部分を持たせて該通路のレ
ーザ装置側光学系は固定架台に、そして該通路のウエー
ハ側光学系は可動架台に取付けてなることを特徴とする
ものである。
〔作用〕
レーザアニールでは、レーザビーム位置は固定としX,Y
ステージによりウエーハをX方向に高速往復動、Y方向
に微小長スキップさせ、このためX方向に強い衝撃力が
発生する。そこで第1図に示すようにレーザ装置の架台
とステージの架台を分離し、高速往復動による衝撃がレ
ーザ装置には加わらないようにする。
この第1図で32は固定架台で、レーザ装置10に該架台32
に固定する。架台28は可動とし、両端はバネ36a,36bを
介して固定架台32の突出部材34a,34bにより抑える。従
って可動架台28はこれらの突出部材間で可動である。こ
の可動方向はX方向に合せる。Xステージの高速往復動
で発生する衝撃はX方向であるから、該衝撃で架台28は
移動し、一方のバネを圧縮、他方のバネを伸長し、衝撃
解除で該バネの力により復帰し、こうして衝撃は吸収さ
れる。振動性にならないように、架台28に適当な走行抵
抗を与えておくとよい。
レーザ装置10からのレーザ光は、図示のようにミラー1
2,14,16によるコ字状光路を通るが、その水平部つまり
ミラー14,16間をX方向に選んでおき、その水平部のレ
ーザ装置側光学系12,14は固定架台32より支持し、ステ
ージ側光学系16,18は可動架台28より支持するようにす
ると、前記衝撃で可動架台28がX方向に移動しても、上
記水平部の長さが変るだけで、ウエーハ20へレーザ光投
射に何ら影響がない。
光学系は全て固定架台32に支持させることも考えられる
が、この場合はレーザ光の投射位置は変らないのである
から、可動架台28の移動だけ投射位置がずれてしまい、
ウエーハ上のX方向走査始、終端がバラバラになる。こ
の点第1図の支持方法によれば、ミラー16及びレンズ18
は可動架台28と共に移動するので、ウエーハ上のレーザ
光投射位置は変らず、X方向走査始,終端がギザギザに
なるようなことはない。なお第4図(c)に示したよう
にウエーハ20を全面的にX,Y方向走査してレーザアニー
ルする場合は、Y方向は高精度でなければならない(低
精度では重なり代が負になる、即ち開いて未処理部分が
発生する恐れがある)が、X方向はそれ程高精度である
ことを要しない(少し多目に走査幅をとっておけばよ
い)。しかしウエーハ内での局部的な処理の場合は、X
方向でも大きな過不足があるのは好ましくない。
〔実施例〕
可動架台28はX方向には可動であるが、Y方向には固定
であるのがよい。第2図はこのようにした実施例を示
し、固定架台32に取付けたローラ38a,38b,……により可
動架台28の側面を抑えて、該架台28のY方向の移動を抑
止する。
可動架台28と固定架台32との間にはローラ、車輪、又は
摺動軸受を設けておく。前述のように加熱装置22は例え
ば18kgもあり、Yステージ24は2kg、Xステージ26は4kg
であり、これに可動架台28の重量を加えると全体では相
当な重量になるので、単なる接触、摺動ではなく、上記
のようにしておくのがよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、ステージの高速往
復動により発生する衝撃によるレーザ装置の光軸のず
れ、出力低下などを防止し、レーザアニール装置の寿命
の向上、特性の安定化などを図ることができ、有効であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の説明図、 第2図は実施例を示す概略斜視図、 第3図は従来装置の説明図、 第4図は第3図の各部の説明図である。 第1図で10はレーザ装置、24はYステージ、26はXステ
ージ、20はウエーハ、22は加熱装置、12,14,16,18は光
学系、32は固定架台、28は可動架台、36a,36bはバネ、1
4〜16はX方向に平行な部分である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ装置(10)と、X,Yステージ(26,2
    4)にのせられウエーハ(20)を保持、加熱する装置(2
    2)と、レーザ装置からのレーザ光をウエーハに投射す
    る光学系(12,14,16,18)を備え、レーザ光を投射しな
    がらX,YステージによりウエーハをX方向に高速往復
    動、Y方向に精密移動させて該ウエーハ表面の多結晶シ
    リコン層を単結晶化するレーザアニール装置において、 前記レーザ装置は固定架台(32)に取付け、 前記X,Yステージおよび加熱装置は、バネを介して抑え
    られ所定範囲内でX方向に可動な架台(28)に取付け、 前記光学系のレーザ光通路にはX方向と平行な部分を持
    たせて該通路のレーザ装置側光学系は固定架台に、そし
    て該通路のウエーハ側光学系は可動架台に取付けてなる
    ことを特徴とするレーザアニール装置。
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