JPS6092607A - 電子ビ−ムアニ−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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子ビームアニール装置に係わり、特に光ビ
ーム照射系を瀧えた電子ビームアニール装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の連続ビームを用いた電子ビームアニール装置は、
電子ビームをＸ、Ｙ方向に走査させて試料面内を均一に
アニールする方式を採っている。

しかし、Ｘ、Ｙ走査範囲の中心部と周辺部とでは、２次
元面内の熱放射が異なり、アニール面内の温度分布を均
一にすることは困難であった。

一方、半導体工業の分野では、最近ビームアニール技術
を用いた３　Ｑ　ｌ　（３１１ｉｃｏｎ　Ｆ　１１ｍ５
　ｏｎＪす＋５ｕｌａｔｏｒ）膜形成技術の研究開光が
盛んである。

＋？・こては、シリコン単結晶基板上に、シリコン酸１
ｉＦ；膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成し、その上
に多結晶シリコン膜や非晶質シリコン膜を堆積、し、電
子ビームまたはレーザービームアニールにより、上記の
シリコン膜を溶解、再凝固させることにより、シリコン
結晶層を成長させる方法を採うている。この際、前述の
様にアニール面内に温、度の不均一性があると、結晶層
の結晶品質を高めることが困難である。より具体的には
、結晶粒界、双晶及び転位等の結晶欠陥が高密度に存在
する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電子ビーム照射領域の温度分布を均一
にり−ることができ、結晶層の成長の容易化をはかり得
る電子ビームアニール装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、従来の走査型電子ビームアニール装置
に光照射系を付加し、アニール領域の温度分布を制御す
ることにある。

ビーム走査範囲のｆｌｂＸでは、電子ビームによりその
表面層が加熱されるが、その際ビーム照射領域の周辺部
では、非ビーム照射領域に近いため温度勾配が急峻とな
り、中心部に比べ温度が低くな→。そこで、上記ビーム
走査領域の周辺付近に補１（伸加熱の目的で光ビームを
照射すれば、アニール、４１１！の温度分布が均一化す
るものと考えられる。

、〉′本発明はこのような点に着目し、電子銃から族１
５射された電子ビームを集束すると共に被アニール試料
試料上に照射し、かつ上記−ビームを試料上で走査し１
東で該試料をアニールする電子ビームアニール装剛本体
に、上記電子ビームの照射点を含む領域に゛光ビームー
を照射する光ビーム照射系を付加するようにしたもので
ある。

（発明の効果） 本発明によれば、電子ビーム、アニールによる被アニー
ル試料のアニール領域の温度分布の均一性を著しく改善
することができる。従って、従来の技術では困難を極め
た大面積の絶縁膜上単結晶半導体層の形成が容易となる
。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビームアニール
装置を示す概略構成図である。図中１は電子銃で、この
電子銃１から放射された電子ビームは電子レンズ２によ
り集束されて、テーブル３上に載置されたウェハ（被ア
ニール試料）４上に照射される。また、上記ビームは偏
向器５により、ウェハ４上でＸ方向（紙面左右方向）及
びＹ方向；″ｆｌｊ紙面表裏方向〉に走査されるものと
なっている。

４記電子銃１．レンズ２及び偏向器５等からなるｊ子ビ
ームアニール装置本体の構成は、従来一般刻には走査型
電子ビームアニール装置と同様であ゛る。　゛ 一〜一方、前記テーブル３の上方には光源６及び凹ｈ１
反制鏡７からなる光ビーム照射系が設（）られていｊる
。光源６は１［ｋｗ］出力のハロゲンランプカ翫泌゛な
るもので、光源６及び′反ｔＪＪ鏡７は前記電子ビーム
アニール装置本体の試料室チェンバ内に配置されている
。そして、この光ビーム照射系により、前記電子ビーム
照射領域よりも若干広い領域に光ビームが斜め方向から
照射さ゛れるものとなって（、ｓる。また、図には示さ
ないが、テーブル３はヒータ等により加熱される構成と
なっている。

このような構成であれば゛、電子ビーム照射と共に光ビ
ーム照射によりウェハ４をビームアニールすることがで
きる。本発明者等の実験では、ウェハ４表面での光ビー
ムの直径を約２０［ｓｌとしたところ、この光ビーム照
射によりウェハ４表面を最大７００　［’Ｃ］まで加熱
することができた。

また、テーブル３をヒータにより加熱しウェハ４の表面
温度を５００　［’Ｃ］に保った上で、光ビーム照射し
たところ、その際の光ビーム照射部の表面は８５０［℃
］であった。

１東２図（ａ）は、光ビーム照射して電子ビーム１’ｌ
’ｌ’！ニールを行なう際のウェハ面内温度分布を示（
。

泪れは、サーモビュ゛ワーを使った測定に゛よる。こ叱
で、温度Ｔ１は加熱ヒータによる温度上昇分でコ乞１つ
、本実施例では５００［”Ｃ］であ゛る。Ｔ２は、ｔｙ
ｔＪ＋ビーム照射部の端部での温度て〜８５０［℃’］
３１ある。■３はアニール部の温度で本実施例では・ダ
′リコンの１４翁Ｏ［℃］である。この図からも判る様
に、電子ビームの振り幅Ｐ以内では温度が一定であり極
めて均熱性の良い分布である。また、電子ビームの振り
幅Ｐの外側では光ビーム照射による加熱効果が加わって
いるため変曲点を有するなだらかな温度分布ノとなって
いる。なお、第２図（ａ）中Ｑは光ビーム照射領域幅を
示している。

これと異なり第２図゛（ｂ）に示づ様に、光ビーム照射
を加えない一合には電子ビームの振り幅Ｐ以内の領域で
も、その両端部付近では温度が急峻に下がり、均−加熱
部は、中央部の狭い領域に限られる。これは、電子ビー
ム照射領域とその周囲との温度差が大きいため熱拡散が
大きいことに起因している。

次に、本実施例装置を使った５１０２膜上のシリコン層
のアニール実験の結果について述べる。

試料４は、（１００）シリコン基板上に厚さ１１μｍ］
の熱酸化膜を形成し、その一部を写真蝕（ｌｆｌ方によ
り除去したのち、厚さ１．５［μｍ］のシ用ロン膜を堆
積したものである。上記の５ｉ０２”廁゛の開孔部では
堆積したシリコン膜は下地（１０向）基板と直接接触し
ているため、電子ビームア１斗−ルによりシリコン膜が
溶融再凝固する際、下′増基板に対しエピタキシトル成
長し、そこを種結晶として電子ビームの走査方向に沿っ
て、ＳｉＯ２上のシリコン膜が横方向にエピタキシャル
成長させる訳である。電子ビームアニールは、加速電圧
１０［、ｋｖ］、ビーム電流１．８［ｍＡ］ビーム径１
００　［μｍ］　、ビーム走査速度９０［ｃｍ／ｓ］、
て行なった。その結果、光加熱で温度の均一性を高める
ことにより、従来の装置では横方向エビ“タキシーの長
さが〜４０［μｍ１程度までしか伸びなかったものが５
００〜８０ｏ［μｍ］と大幅に長くなる結果が得られた
。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では加熱用光源をアニールチェンバ内に配置
さじたが、これはチェンバの外に配置して光をビューイ
ングボー１〜を通してヂエンバ内のウェハ上に照射する
方式を採っても良い。

この場合は、加熱に有効な赤外光の透過率の高い石英或
いはサファイアを用いたビューイングボーｉｉｉを用い
るべきである。また、光源として本実施で１ではハロゲ
ンランプを用いたが、これはウェハ１３面を加熱できる
ものであれば何でもよく、例えば水銀ランプ或いはＡｒ
、Ｋｒ、Ｎｄ　：　ＹＡＧＷ−１ ；翫はよい。その他、本発明の要旨を逸ｎｆ２しない範
囲で、種々変形して実施づることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビームアニール
装置を示す概略構成図、第２図（ａ）（ｂ）はアニール
中のウェハ面内の表面温度分布を示すもので、同図（ａ
）は実施例装置を使用した場合の特性図、同図（ｂ）は
従来の電子ビームアニール装置を使用した場合の特性図
である。 １・・・電子銃、２・・・電子レンズ、３・・・テーブ
ル、４・・・ウェハ（被アニール試判）、５・・・偏向
器、６・・・ハロゲンランプ（光源）、７・・・反射鏡
。 出願人　工業技術院長　川田裕部 第１図− 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子銃から放射された電子ビームを集束すｈと共
   に被アニール試料上に照射し、かつ上記ビームを試料上
   で走査して該試料をアニールする電子ビームアニール装
   置本体と、上記電子ビームの照射点を含む領域に光ビー
   ムを照射する光ビーム１割系とを具備してなることを特
   徴どする電子ビ（−°１ムアニール装置。 １〔１（２）前記光ビーム照射系による光ビーム照射領
   ′域は、前記電子ビームの走査幅よりも広いものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビー
   ムアニール装置。