JPS6074513A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （１１発明の技術分野 本発明は半導体装置の製造方法、詳しくは試料に対しレ
ーザビームを照射してなすレーザアニールにおいて、試
料表面とレーザビームを絞るフォーカシングレンズとの
間の距離をレンズの焦点距離に等しく一定に保ち均一な
レーザアニールを行う方法に関する。

（２）技術の背景 半導体装置の製造工程においてレーザビームを用いるア
ニールすなわちレーザアニールは多用さく１） れる傾向にある。レーザアニールは、例えば半導体基板
上に成長した多結晶シリコン（ポリシリコン）の単結晶
化、イオン注入領域の活性化等において有効である。光
源から出てくるレーザビームだけではアニールするに十
分なエネルギーをもたないので、レーザビームはフォー
カシングレンズを用い試料面に３０μＩ１１〜４０ＩＩ
Ｉ１１のスポット径に絞るよう焦点合せがなされ、この
ようにしてエネルギー密度の高められたレーザビームで
アニールがなされる。レーザビームはアニールのための
所要時間が短いこと、アニールされるべき部分が局所化
されうろこと等のために炉を用いる従来のアニールに比
べ有利な特徴をもつ。

レーザアニールにおいては、レーザビームを走査させる
レーザビーム・スキャン方式と、レーザビームは不動に
保ち、試料をＸ、Ｙ方向に駆動する方式とがあるが、本
発明の方法は試料を動かして試料を選択的にアニールす
る方法に関する。レーザ・スキャン方式ではレーザビー
ムの向きが変るので、焦点距離を保つのに複雑な機構が
必要で（２） あるが、試料を駆動する方式はレーザビーム系が一定に
保たれる利点がある。

（３）従来技術と問題点 Ｘ、Ｙ方向に駆動される試料に対してレーザビームを照
射する装置は第１図に示され、同図において、■はレー
ザ光源、２は反射鏡、３はフォーカシング・レンズ（以
下にはレンズという）、４は試料を示す。レーザ光源１
は例えば出力１５−のアルゴンイオンレーザであり、そ
れのみではアニールに必要なエネルギーをもたないので
、レンズ３で焦点合せをして前記したスポット径のビー
ムを試料４（例えばウェハ）に照射する。レンズ３と試
料４との間の距離は焦点が合っているとして通常の場合
４０ｍｍ程度である。

前記したレンズ３と試料表面との間の距離は、マクロに
観察するとほぼ一定ではあるものの、厳密には、ウェハ
の各ロット毎に、また１０ツト内のウェハについてはウ
ェハ毎に、更に１枚のウェハにおいてはウェハ上の位置
毎に異なる。

第２図はアニールされるべきウェハの一部の断（３） 面図であって、同図において、２１はウェハ、２１ａは
ウェハに形成された深さ例えば２０μｍの溝、２２はウ
ェハ面上に堆積されたポリシリコン層を示す。このポリ
シリコン層２２をレーザビームで照射して単結晶化しよ
うとする場合、平坦部に焦点を合せたとすると、溝２１
ａの上のポリシリコン層２２ａをレーザビームで照射す
るとき、２０μ県の位置ずれが発生することになる。

上記は同一ウェハ内での位置の変化による位置ずれの１
例であるが、類似の位置ずれはロフトが異なる毎に、ま
た同一ロフト内においてもウェハが異なる毎に発生する
。その結果、ある特定のウェハについてレンズと試料表
面との間の距離をレンズの焦点距離に合せたとしても、
ウェハが異なったとき、または同一ウェハにおいても照
射位置が異なったとき、焦点距離が合わなくなる。

そのために装置の操作者は異なったウェハに対し、また
は同一ウェハにおいても照射位置が異なるとき、その都
度焦点合せをしなければならず、そのことは作業性を悪
くする。また、操作者がそ（４） の眼で焦点合せをするためにその者の疲労度による影響
等もあるので再現性よく焦点合せをすることが難しい。

そしてレーザアニールにおける焦点合せにずれがあると
、レーザアニールが均一になされないことになるので、
試料面とレンズとの間の距離を常に一定に保ち均一なレ
ーザアニールをなしうる方法が要望されている。

（４）発明の目的 本発明は上記従来の問題に鑑み、ウェハの如き試料のレ
ーザアニールにおいて、ロットまたはウェハが異なった
場合でも、または同一ウェハ内で照射位置が異なったと
しても、常に試料とレンズとの間の距離が一定に保たれ
均一化されたレーザアニールを行いうる方法を提供する
ことを目的とする。

（５）発明の構成 そしてこの目的は本発明によれば、レーザビームを用い
る試料の熱処理において、試料により反射されるレーザ
ビームを検知し、当該検知の結果に対応してレーザビー
ムのフォーカシング・レン（５） ズの位置を調整することを特徴とする半導体装置の製造
方法を提供することによって達成される。

（６）発明の実施例 以下本発明実施例を図面によって詳説する。

第１図に戻ると、試料の上方にハーフミラ−５を、また
それによって反射される光を検知する光デテクター６を
図示の如く配置する。ハーフミラ−５は、試料４によっ
て反射される光の１％程度を反射し、他の９９％程度は
真直ぐに逃す構成のものとし、光デテクター６の反射光
による損傷を防止する。なお、レーザ光源１とミラー２
との間にレーザビームを選択的に遮断する光チョッパ７
を配置し、レーザビームを所望の時に短時間中断するよ
うにする。

光チョッパ７でレーザビームを遮断し、再び光を通し始
めた時点からΔを秒後にレーザビームの再通過が光デテ
クター６で検知されたとすると、レンズ３の位置からハ
ーフミラ−５を経て光デテクター６に至るまでの距離が
してあれば、Δｔ　＝　ａ　（２ｆ　＋Ｌ）　、、、　
（１）（６） の関係が成立する。ただし、ａは図示の装置によって定
まる係数である。

ここで、試料４の表面が図に点線で示す如くΔｌずれた
とすると、光チョッパ７がレーザビームを遮断し再通過
したときから光デテクター６がその遮断後の再通過を検
知するまでの時間ΔｔはΔｔ＝　ａ（２ｆ　＋Ｌ−２Δ
ｌ） ＝Δｔ−２ΔＲ−ａ となる。

かくして、ｉｌ１式と（２）式から、試料表面のΔｌの
位置ずれは、−２Δｌ・ａの時間ずれとして現れること
が理解される。

本発明の方法においては、前記の如くにして得られる時
間ずれを光信号ずれ測定器８に送り、この測定器８から
信号をレンズ３の位置を調整するためのフォーカシング
・レンズ駆動機構９　（レンズ駆動機構という）に送り
、レンズ３の位置を当該信号に対応して調整する。なお
、光チョッパ７と光信号ずれ測定器８とは直接に接続し
、測定器８がレーザビームの遮断、再通過を検知しうる
よ（７） うにする。

上記の配置を用い、ロフトが異なるとき、ウェハが異な
るとき、または同一ウェハにおいても所定の時期に、光
チョッパ７がレーザビームを遮断し、レンズ駆動機構９
を操作して、レンズ３と試料４の表面との間の距離が焦
点距離に等しくなるよう調整する。光チョッパ７によっ
てレーザビームを遮断する時間はピコ秒のオーダーの短
いものとすることにより、レーザビームの遮断がレーザ
アニールに影響を与えることのないようにすることがで
きる。また、試料４の表面位置がずれると、反射して光
デテクター６に進むレーザビームの光路が図示のものと
異なるから、光デテクター６は若干の光路変更に対応し
うる如く余裕をもったものを用いる。なお、光チョッパ
７、光信号ずれ測定器８、レンズ駆動機構９はいずれも
公知の技術で作成可能であり、これらはすべて自動的に
操作するよう配置することができる。

（７）発明の効果 以上詳細に説明した如く、本発明によれば、しく８） −ザビームによって照射される試料表面の位置ずれがあ
ったとしてもレーザビームを絞るレンズの位置がそれに
対応して自動的に調整され、その結果試料のレーザアニ
ールが均一になされるので、半導体装置の製造歩留りと
製品の信頼性向上に効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザアニール装置の配置図、第２図はレーザ
アニールされるウェハの一部の断面図である。 １−・レーザ光源、２−ベラ−１３− フォーカシング・レンズ、４−・試料、５−ハーフミラ
−１６・−光ブチフタ−，７−光チョッパ、８−光信号
ずれ測定器、９−・・フォーカシング・レンズ駆動機構
、２１・−ウェハ、２１ａ　−ウェハの溝、２２−・ポ
リシリコン層、２２ａ−・・溝２１ａの上のポリシリコ
ン層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザビームを用いる試料の熱処理において、試料によ
   り反射されるレーザビームを検知し、当該検知の結果に
   対応してレーザビームのフォーカシング・レンズの位置
   を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。