JPH0797554B2 - ビ−ムアニ−ル装置 - Google Patents

ビ−ムアニ−ル装置

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JPH0797554B2
JPH0797554B2 JP61149227A JP14922786A JPH0797554B2 JP H0797554 B2 JPH0797554 B2 JP H0797554B2 JP 61149227 A JP61149227 A JP 61149227A JP 14922786 A JP14922786 A JP 14922786A JP H0797554 B2 JPH0797554 B2 JP H0797554B2
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scanning
energy
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浩洋 熊谷
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Tokyo Electron Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はエネルギー線ビームでウエハ等の非単結晶半導
体層を照射加熱(アニール)することでこの非単結晶半
導体層の単結晶化や導入不純物の熱拡散、活性化をはか
ることも可能なビームアニール装置に関する。
(技術的背景) 近年、3次元回路素子への関心が高まるにつれて、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いわゆる
SOI(Silicon On Insulator)技術が注目されている。
このSOI技術において絶縁膜上に単結晶を形成する方法
の一つとしてビームアニーム技術が重要な技術として期
待されている。
このビームアニール技術は化学気相成長法(CVD:Chemic
al Vapor Deposition)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エネルギー線ビームを
照射することでアニールし、非単結晶シリコン層を単結
晶化する技術である。
このビームアニール技術に使用するビームアニール装置
として、試料テーブルに試料を載置したXYテーブルを使
用し、このXYテーブルによって試料を走査するものが知
られているが、このような装置ではXYテーブルの機械的
な精度に限界があり、ビームの照射ムラが生じるという
問題があった。
また試料テーブルを固定式のものにして照射ビームをウ
エハ上で走査照射するものもあるが、このような装置で
は、回転反射鏡等を用いてビームの試料への照射角を調
整していたため、試料表面の周辺部と中心部におけるビ
ームの入射角の違いや、ビームの焦点部と試料表面との
ズレ等によりビーム照射パワー密度が一定とならず、特
に試料の表面積が大きい場合には均一なアニールを行う
ことが困難であった。
そこでこのような問題を解決するために入射ビームの焦
点部が試料表面またはその延長面と一致するようにした
ビーム照射系を用いてビーム照射パワー密度が試料表面
のどの場所でも一定となるようにした技術が開発されて
いる(特開昭60−176221号公報参照)。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら上述したような従来の技術では、複数の試
料を連続的にアニールすることができないため生産性の
向上がはかれないという問題があった。
本発明はこのような欠点を除去するためのもので、特に
試料面積の大きな試料でも試料表面に均一にアニールが
でき、しかも複数の試料を連続的にアニールできるビー
ムアニール装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (問題点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に、本発明は、試料を
載置する複数の試料台を同心円状に配置した試料テーブ
ルと、 前記試料テーブルの試料台に対向し、かつ該試料テーブ
ルと略平行に配置された回転テーブルと、 前記試料にエネルギー線ビームを走査線状に照射するた
めのビーム出力装置と、 前記回転テーブルの前記試料台に対向する面に配置され
前記回転テーブルの回転時に径方向へエネルギー線ビー
ムの走査線を移動させ前記試料表面をこのエネルギー線
ビームにより走査照射するビーム走査部と、 前記エネルギー線ビームの走査線が前記試料表面におい
て直線状となるように前記エネルギー線ビームのビーム
スポットの前記回転テーブルの径方向への移動量Yが、
以下の式、 Y=R(1−cos θ0/cos θ) ただし、 R0−r≦R≦R0+r r=前記試料の半径 R=前記ビームスポットの走査半径 R0=前記試料中心の回転半径 θ=前記試料中心を基準とする回転角度 θ0=前記ビームスポット制御の角度範囲 を略満たすよう前記回転テーブルの回転に伴って、前記
ビームスポットの位置を制御するビーム走査制御部と を有することを特徴とする。
(作用) 本発明では、試料テーブル上に同心円状に複数のウエハ
を載置し、この試料テーブルに対向して設けられたビー
ム走査部を回転させながらエネルギー線ビームを走査照
射することで複数のウエハを連続的にアニールできる。
さらに、ウエハ上のビームスポットの軌跡が直線的に形
成されるようにエネルギー線ビームのウエハへの照射方
向を制御して試料表面の均一なアニールができる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例について図を参照して説明す
る。
エネルギー線ビーム例えばCW−Arガスレーザビームを出
力するビーム出力部100からのビームを調整するビーム
走査部110を配置した回転テーブル220の駆動系は、回転
テーブル駆動部210と、この回転テーブル駆動部例えば
モータを制御する回転テーブル制御部200、回転テーブ
ル220の回転速度を検出する回転速度検出部230とから構
成されている。回転速度検出部230からの情報は回転テ
ーブル制御部200へと入力される。
回転テーブル制御部200から出力される情報の一部はビ
ーム走査制御部300へ入力され、走査速度の均一化また
は場所に応じた照射ビーム量を均一化するための走査速
度の制御が行なわれる。
一方光学系は、エネルギー線ビーム例えばCW−Arガスレ
ーザビームを出力するビーム出力部100と、ウエハ130に
対してビームの照射角度の調整や回転テーブルの径方向
への移動量を調整する回転テーブルに固定されたビーム
走査部110、同じく回転テーブルに固定されてビームの
スポット形状を線形や双峰形等の任意の形状に変換する
ビームスポット成形部120、試料テーブル上のウエハの
位置を検出するウエハ位置検出部140とから構成されて
いる。
ウエハ位置検出部140からの情報はビーム走査制御部300
へと入力される。
ビーム走査制御部300は前述したようにウエハ位置検出
部140と回転速度検出部230とからの情報を入力し、これ
ら情報をもとにビーム走査部110を制御する。
以上のような構成のビームアニール装置についてその動
作を説明する。
なお実施例では照射ビームとしてCW−Arレーザを使用し
ているが、これは電子ビーム等のエネルギー線ビームで
あっても使用できる。
第2図において符号1はCW−Arレーザ出力装置を示して
おり、このCW−Arレーザ出力装置1から出力されたレー
ザ光ビーム2はX軸ミラー3とY軸ミラー4からなるビ
ーム走査部で反射された後集光レンズ5を透過してウエ
ハ6上に導かれる。これらX軸ミラー3やY軸ミラー4
の光学径は回転テーブル9に吊設されており、回転テー
ブル9と一体となって回転する。
ウエハ6は第3図に示すように試料テーブル7上に同心
円状に一列に複数載置されている。勿論複列設けてもよ
い。
X軸ミラー3は矢印A方向へ、Y軸ミラー4は矢印B方
向へそれぞれ回転可能で、さらにY軸ミラー4は矢印Y
方向すなわち回転テーブルの径方向への移動が可能とな
っている。この2つのミラーによりレーザ光ビーム2の
照射位置調整を行なう。
本発明では回転テーブルを回転させながらビーム照射を
行なうので、第4図に示すようにレーザ光ビームのビー
ムスポット8はY軸方向のみの移動が可能であればよ
い。6aはウエハ表面のアニールされた部分を示してい
る。
さて、1つのウエハについてビームスポットの1列分の
アニールが終了すると作業は次のウエハへと移行するわ
けであるが、このようにして回転テーブル9が1周した
時点でビームスポット8の位置をY軸方向へずらし、次
列のアニール作業に移る。以上の動作から明らかなよう
に全作業終了時には回転テーブル9上の全てのウエハの
アニールが完了していることになる。なおレーザ出力装
置は、ウエハ間においてはレーザビームの照射を停止す
る機能を有している。
しかしながら上述したような手段では、ビームスポット
8が試料テーブル7の同心円上に沿って移動するためウ
エハ6上のビームスポット8の軌跡即ち走査線は第5図
(a)に示すように円弧状になってしまう。このためウ
エハ上で走査線に方向性ができてしまい品質上好ましく
ない。
本実施例では回転テーブル9の回転速度やウエハの大き
さ等からビームスポット8のY軸方向の移動量を制御す
るビーム走査制御部を設けることで第5図(b)に示す
ようにビームスポットの軌跡を直線状にし、前述した問
題を解決する。
本実施例では回転速度検出部で回転テーブル9の回転速
度を検出し、またウエハ位置検出部で試料テーブル7上
のウエハの位置検出をし、これら双方の情報をビーム走
査制御部に入力してビームスポット8のY軸方向への移
動量を制御している。
ところで本実施例ではY軸方向のビームスポットの移動
量は例えば第6図に示す如く定義すれば以下の式で決定
される。
Y=R(1−cos θ0/cos θ) ただしRは R0−r≦R≦R0+r 上式において r=ウエハの半径 R=ビームスポットの走査半径(Y軸方向のビームスポ
ットの移動量補正前) R0=ウエハ中心の回転半径(回転テーブル9の回転中心
を原点とする) θ=ウエハ中心を通る線を基準とする回転角度 θ0=ビームスポット制御の角度範囲(ウエハ中心を通
る線を基準とする) である。
上式によれば、第6図に示すように、例えばR=R0で走
査する場合、ウエハの一方の端部から走査を開始する時
点においては、cosθ0=cosθであり、 Y=0 となるので、まず、補正量がゼロ即ち、R=R0で走査が
開始される。そして、θの減少に伴って次第に補正量が
増加し、ウエハの中心にビームスポットが到達すると、
θ=0となるので、cosθ=1となり Y=R(1−cos θ0) Y=R−Rcos θ0 この例の場合R=R0であるので、 Y=R0−R0 cos θ0 すなわち、第6図に示すYの距離だけビームスポットの
位置が回転中心方向に向けて補正されて、同図に示すよ
うに、走査線が直線状になる。
なお回転テーブルの線速度はレーザビームの照射パワー
密度によるが、250mm/sec〜500mm/sec程度が好ましい。
レーザビームのビームスポット形状としては第7図
(a)に示す如く双峰形または第7図(b)に示す如く
線形のものが均一なアニールを行なうのに都合がよい。
ビームの走査線は隣接走査線間で一部重なるように走査
することが望ましい。
また実施例ではエネルギー線ビームとしてCW−Arレーザ
を使用したが、QスイッチをかけたYAGレーザ等のパル
ス発振レーザや電子ビームを使用した場合でも本発明が
適用可能なことは無論である。
上述したような構成のビームアニール装置を用いること
により30分で10枚程度のウエハのアニールを行うことが
でき、しかも広い面積のウエハに対しても均一なアニー
ルが可能である。
[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を使用
すれば、広い面積の試料に対しても均一なアニールがで
き、さらには複数のウエハを連続的にアニールすること
が可能なので生産性が向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るビームアニール装置の構成を示す
ブロック図、第2図は実施例のレーザアニール装置の構
成を示す図、第3図は試料テーブル上に載置されたウエ
ハを示す図、第4図はウエハ上のビームスポットの走査
状態を示す図、第5図はビームスポットの軌跡を示す
図、第6図は試料テーブル上のウエハの位置関係を示す
図、第7図はビームスポットの形状を示す図である。 1……CW−Arレーザ出力装置、3……X軸ミラー、4…
…Y軸ミラー、6……ウエハ、7……試料テーブル、8
……ビームスポット、回転テーブル、110……ビーム走
査部、140……ウエハ位置検出部、200……回転テーブル
制御部、220……回転テーブル、230……回転速度検出
部、300……ビーム走査制御部。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料を載置する複数の試料台を同心円状に
    配置した試料テーブルと、 前記試料テーブルの試料台に対向し、かつ該試料テーブ
    ルと略平行に配置された回転テーブルと、 前記試料にエネルギー線ビームを走査線状に照射するた
    めのビーム出力装置と、 前記回転テーブルの前記試料台に対向する面に配置され
    前記回転テーブルの回転時に径方向へエネルギー線ビー
    ムの走査線を移動させ前記試料表面をこのエネルギー線
    ビームにより走査照射するビーム走査部と、 前記エネルギー線ビームの走査線が前記試料表面におい
    て直線状となるように前記エネルギー線ビームのビーム
    スポットの前記回転テーブルの径方向への移動量Yが、
    以下の式、 Y=R(1−cos θ0/cos θ) ただし、 R0−r≦R≦R0+r r=前記試料の半径 R=前記ビームスポットの走査半径 R0=前記試料中心の回転半径 θ=前記試料中心を基準とする回転角度 θ0=前記ビームスポット制御の角度範囲 を略満たすよう前記回転テーブルの回転に伴って、前記
    ビームスポットの位置を制御するビーム走査制御部と を有することを特徴とするビームアニール装置。
  2. 【請求項2】エネルギー線ビームが連続発振レーザまた
    はパルス発振レーザであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のビームアニール装置。
  3. 【請求項3】ビーム出力装置が試料台間ではエネルギー
    線ビームの発射を停止させる機構を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のビームアニール装置。
  4. 【請求項4】回転テーブルの線速度が、250mm/sec〜500
    mm/secとされたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のビームアニール装置。
JP61149227A 1986-06-25 1986-06-25 ビ−ムアニ−ル装置 Expired - Lifetime JPH0797554B2 (ja)

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JPS635514A JPS635514A (ja) 1988-01-11
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JP4646894B2 (ja) * 2001-09-07 2011-03-09 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
US7589032B2 (en) 2001-09-10 2009-09-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser apparatus, laser irradiation method, semiconductor manufacturing method, semiconductor device, and electronic equipment

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JPS6180814A (ja) * 1984-09-27 1986-04-24 Sony Corp 線状エネルギ−ビ−ム照射装置

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