(57)【要約】  表面に薄膜が形成されている被処理体に対してレーザ光を照射してアニール処理を施すアニール方法において、 前記被処理体の表面に、斜め方向から、前記薄膜の前記レーザ光に対する高められた吸収率が得られるように定められた入射角で前記レーザ光を照射する。
2012118119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に薄膜が形成されている被処理体に対してレーザ光を照射してアニール処理を施すアニール方法において、
前記被処理体の表面に、斜め方向から、前記薄膜の前記レーザ光に対する高められた吸収率が得られるように定められた入射角で前記レーザ光を照射することを特徴とするアニール方法。
【請求項２】
前記入射角は、３０〜８５度の範囲内であることを特徴とする請求項１記載のアニール方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、ほぼｐ偏光のレーザ光であることを特徴とする請求項１記載のアニール方法。
【請求項４】
前記レーザ光の波長は、８〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のアニール方法。
【請求項５】
前記薄膜は、Ｓｉ−Ｏ結合を有するシリカ系の薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のアニール方法。
【請求項６】
前記アニール処理は、処理ガスの雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１に記載のアニール方法。
【請求項７】
前記アニール処理を行う前に、前記レーザ光の吸収率が最大となる入射角が求められ、該求められた入射角で前記アニール処理が行われることを特徴とする請求項１に記載のアニール方法。
【請求項８】
前記被処理体は、前記アニール処理時に回転されることを特徴とする請求項１記載のアニール方法。
【請求項９】
前記被処理体は、前記アニール処理時に並進運動させられることを特徴とする請求項１記載のアニール方法。
【請求項１０】
表面に薄膜が形成されている被処理体に対してレーザ光を照射してアニール処理を施すアニール装置において、
前記被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器に設けたレーザ光照射窓と、
前記処理容器内に設けられ、被処理体を保持する保持台と、
前記レーザ光を、斜め方向から、前記レーザ光照射窓を介して前記保持台上に保持された被処理体の表面に、前記薄膜の前記レーザ光に対する高められた吸収率が得られるように定められた入射角で照射するように構成されたレーザ光照射装置と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気装置と、
を備えたことを特徴とするアニール装置。
【請求項１１】
前記入射角は、３０〜８５度の範囲内であることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１２】
前記レーザ光照射装置は、前記レーザ光により被処理体の表面を走査するためのスキャナを有していることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１３】
前記レーザ光照射装置は、前記スキャナの下流側に設けられ、前記レーザ光の光路長を長くするマルチパスユニットを有していることを特徴とする請求項１２記載のアニール装置。
【請求項１４】
前記保持台を回転させる回転駆動装置をさらに備えたこと特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１５】
前記保持台を並進運動させる駆動装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１６】
前記レーザ光照射装置は、ほぼｐ偏光のレーザ光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１７】
前記レーザ光照射装置は、８〜１０μｍの範囲内のレーザ光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１８】
前記レーザ光照射装置は、前記被処理体の表面へ入射する前記レーザ光の入射角を調整するための入射角調整ミラー部を有していることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項１９】
前記被処理体の表面から反射する前記レーザ光の反射光を検出する反射光検出器と、
前記反射光検出器の検出値に基づいて前記入射角調整ミラー部を調整するミラー調整部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１８記載のアニール装置。
【請求項２０】
前記処理容器に、前記被処理体に対して紫外線を照射するための紫外線照射装置が設けられていることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【請求項２１】
前記薄膜は、Ｓｉ−Ｏ結合を有するシリカ系の薄膜であることを特徴とする請求項１０記載のアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に形成されている薄膜をアニールする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイス等を製造するためには、例えばシリコン基板等の半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、アニール処理、改質処理等の各種の処理が繰り返し行われる。これらの処理のうちのアニール処理は、半導体ウエハの表面に形成した薄膜の特性を向上させるために、半導体ウエハを所定の温度に加熱するものである。最近にあっては、アニール処理の迅速化のため、並びに半導体ウエハの内部に作り込んだ部分を過熱させないため、レーザ光を半導体ウエハの表面に走査させることにより表面部分を迅速にアニール処理することが行われている（例えばＷＯ２０１０／００１７２７を参照）。【０００３】
半導体ウエハＷの表面に形成されているシリコン酸化膜、並びに誘電率の低いいわゆるＬｏｗ−ｋ膜のようにＳｉ−Ｏ結合を有するシリカ系の薄膜をアニールする場合には、炭酸ガスレーザ装置を用い、Ｓｉ−Ｏ結合の吸収ピークである９．４μｍ付近の波長の遠赤外レーザ光によりアニール処理が行われる。【０００４】
従来のアニール装置においては、処理容器内にアニール対象となる半導体ウエハを収容し、この処理容器の天井部に設けた透過窓を介してレーザ光をウエハＷのほぼ鉛直方向上方よりほぼ垂直に（入射角はほぼ０度）照射すると共に、このレーザ光をウエハ表面の全面に亘って走査することにより、アニール処理を行っている。【０００５】
上述のようにレーザ光を照射すると、遠赤外レーザ光の波長と比較して半導体ウエハの表面に形成されている膜の厚さが薄いため、膜にレーザ光が効率的に吸収されない場合がある。また、レーザ光が薄膜およびウエハをある程度透過する場合には、膜表面における反射光とウエハを透過した光のウエハ裏面における反射光とが干渉する。すると、レーザ光の照射角度（入射角）の僅かな変化や、ウエハ厚さの許容範囲内のばらつきにより、レーザ光の吸収率が大きく増減し、アニール処理の再現性が低下する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、レーザ光の吸収効率を大幅に向上させることができるアニール方法およびアニール装置を提供するものである。
【０００７】
本発明によれば、表面に薄膜が形成されている被処理体に対してレーザ光を照射してアニール処理を施すアニール方法において、前記被処理体の表面に、斜め方向から、前記薄膜の前記レーザ光に対する高められた吸収率が得られるように定められた入射角で前記レーザ光を照射することを特徴とするアニール方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、表面に薄膜が形成されている被処理体に対してレーザ光を照射してアニール処理を施すアニール装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器に設けたレーザ光照射窓と、前記処理容器内に設けられ、被処理体を保持する保持台と、前記レーザ光を、前記レーザ光照射窓を介して前記被処理体の表面に、斜め方向から、前記薄膜の前記レーザ光に対する高められた吸収率が得られるように定められた入射角で照射するように構成されたレーザ光照射装置と、前記処理容器内へ処理ガスを供給するガス供給装置と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気装置と、を備えたことを特徴とするアニール装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、レーザ光を被処理体の表面に対して斜め方向から入射させることにより、レーザ光の吸収効率を大幅に向上させることが可能となる。また、被処理体の厚さのばらつきの影響を小さくして、安定したアニール処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるアニール装置の第１実施形態の示す構成図である。
【図２】薄膜の下層に金属膜を有する場合の入射角とｐ偏光の吸収率との関係を示すグラフである。
【図３】薄膜の下層に金属膜を有さない場合の入射角とｐ偏光の吸収率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明のアニール装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図５】保持台を回転可能にした変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係るアニール方法及びアニール装置の実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１は本発明に係るアニール装置の第１実施形態を示す構成図である。図１に示すように、このアニール装置２は、被処理体である例えば半導体ウエハＷを内部に収容する処理容器４を有している。この処理容器４は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレススチール等により箱状に形成されている。
【００１３】
この処理容器４内には、ウエハＷを保持するための保持台６が設けられている。保持台６は、処理容器４の底部８より起立する支柱１０により支持されており、その上面にウエハＷを載置するようになっている。ウエハＷとしては、例えば直径が３００ｍｍのウエハが用いられる。保持台６は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、或いはセラミック材で形成されている。保持台６の内部にはウエハＷを加熱するヒータ１２が設けられており、必要に応じてウエハＷを加熱するようになっている。ヒータ１２を設けない場合もある。保持台６には、ウエハＷを搬出入させる時、これを持ち上げ、或いは持ち下げるリフタピン（図示せず）が設けられる。
【００１４】
処理容器４の底部８には、排気口１４が設けられており、この排気口１４には、処理容器４内の雰囲気を排気する排気系（排気装置）１６が接続されている。排気系１６は、排気口１４に接続される排気通路１８を有している。排気通路１８には、その上流側より下流側に向けて圧力調整弁２０、第１のポンプ２２及び第２のポンプ２４が順次介設されている。排気通路１８には、圧力調整弁２０の上流側のポイントと第１及び第２のポンプ２２、２４との間のポイントを接続するようにバイパスライン２３が設けられている。バイパスライン２３には図示しない開閉弁が介設されており、真空引き開始時に処理容器４内を粗引きできるようになっている。
【００１５】
第１のポンプ２２として例えばターボ分子ポンプが用いられ、第２のポンプ２４として例えばドライポンプが用いられ、処理容器４内を高真空状態にできるようになっている。処理容器４の側壁には、ウエハＷの搬出入口２６が形成されており、この搬出入口２６にはこれを気密に開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
【００１６】
処理容器４の天井部３０には、処理ガスを供給するガス供給部（ガス供給装置）３２が設けられている。このガス供給部３２は、天井部３０を貫通するガスノズル３４を有しており、このガスノズル３４より流量制御された処理ガスを必要に応じて供給できるようになっている。処理ガスとしては、例えばＯ２ガスやＮ２ガスを用いることができるが、施すべきアニールの種類により処理ガスの種類は適宜変更することができる。
【００１７】
保持台６の斜め上方に、処理容器４内へレーザ光を入射させるレーザ光照射窓３６が設けられる。レーザ光照射窓３６は、処理容器４の側壁と天井部３０の一部に鉛直方向に対して斜め方向に開口を形成し、この開口にＺｎＳｅ板４０をＯリング等のシール部材３８を介して気密に取り付けることにより形成されている。従って、レーザ光照射窓３６は、保持台６の斜め上方に位置する。処理容器４の外側には、ウエハＷの表面に対してレーザ光４２を入射角θが３０〜８５度の範囲内で照射するようにしたレーザ光照射装置４４が設けられる。ここではレーザ光透過光学材料としてＺｎＳｅが用いられているが、用いるレーザ光４２の種類により適当な光学材料が選択される。
【００１８】
レーザ光照射装置４４は、レーザ光４２を発生するレーザ発振器４６と、レーザ光４２のビーム径及びビームプロファイルを調整するビームシェイパー４８と、レーザ光４２を互いに直交する２方向（例えばＸ方向、Ｙ方向）に走査させるスキャナ５０と、レーザ光４２の光路長を長くするマルチパスユニット５２と、ウエハＷに対するレーザ光４２の入射角を調整するための入射角調整ミラー部５４とを有しており、レーザ光４２の光路に沿って上記順序で設けられている。
【００１９】
マルチパスユニット５２を設けなくても光路を十分に長くとれるのであれば、マルチパスユニット５２を設けなくてもよい。また、レーザ発振器４６から発せられるレーザ光４２の集束性が高ければ、ビームシェイパー４８を設けなくてもよい。
【００２０】
レーザ発振器４６として、例えば炭酸ガスレーザ発振器を用いることができる。この場合、レーザ発振器４６は、８〜１０μｍの範囲内の波長、例えば波長が９．４μｍの遠赤外レーザ光４２を発生する。レーザ発振器４６は、ウエハに対してｐ偏光になるレーザ光のみを出力するように構成されている。スキャナ５０を動作させてレーザ光４２を縦横に走査させることにより、ウエハＷの全面にレーザ光４２を照射することができる。
【００２１】
マルチパスユニット５２内では、レーザ光４２が繰り返し反射されるようになっており、これにより光路長を長くしている。その結果、スキャナ５０においてレーザ光４２を僅かな角度だけ振ればウエハＷの直径の長さに相当する距離分だけレーザ光４２を走査させることができるようになっており、これによって、ウエハＷ全面においてほぼ同一の入射角でレーザ光４２をウエハＷに照射することができる。マルチパスユニット５２は、比較的大型の構造物なので、装置のフットプリントを小さくするために処理容器４の上方に配置されている。
【００２２】
入射角調整ミラー部５４は、前述したように、ウエハＷの表面に最終的に入射するレーザ光の入射角θを調整するものである。ここで入射角θは、ウエハ表面に垂直な方向（法線方向）とレーザ光の入射方向とがなす角度をいう。入射角調整ミラー部５４は、マルチパスユニット５２から出力されたレーザ光４２を上記ウエハＷに向けて反射させる反射ミラー５６と、この反射ミラー５６を移動させるミラーアクチュエータ５８とを有している。ミラーアクチュエータ５８を動作させることにより、反射ミラー５６を矢印６０に示すように旋回させて反射ミラー５６の傾向角度を変え、また、矢印６２に示すように反射ミラー５６に入射してくるレーザ光４２の光軸方向に沿って反射ミラー５６を移動することができるようになっている。
【００２３】
矢印６０、６２の両方向の移動量を調整することにより、ウエハＷの表面に対するレーザ光４２の入射角を幅広く変化させることができる。具体的には、ミラーアクチュエータ５８の動作により、例えば最大３０〜８５度の範囲内で入射角を変化させることができるようになっている。尚、入射角の変化が少なくて済む場合には、ミラーアクチュエータ５８において光軸方向に沿った矢印６２の方向への移動機構は省略することもできる。
【００２４】
保持台６に関してレーザ光照射窓３６の反対側の処理容器４の側壁には、反射光透過窓６４が設けられている。この反射光透過窓６４は、例えばＺｎＳｅ板６６を、容器側壁に形成した開口にＯリング等のシール部材６８を介して気密に取り付けることにより形成されている。反射光透過窓６４の外側に、ウエハＷの表面で反射するレーザ光の反射光７０を検出する反射光検出器７２が設けられている。この反射光検出器７２は、例えば光センサにより形成されている。また、この反射光検出器７２はアクチュエータ７４に取り付けられており、適正に反射光７０を受けるために、矢印７６に示すように回転させて傾斜角度を変えること、矢印７８に示すように上下方向へ移動することができるようになっている。
【００２５】
反射光検出器７２の検出値はミラー調整部８０へ入力され、ミラー調整部８０はこの検出値に基づいて入射角調整ミラー部５４の反射ミラー５６を最適な位置及び傾斜角度になるように調整し得るようになっている。
【００２６】
処理容器４の天井部には、幅広の開口８２が形成されており、この開口８２には、例えば石英ガラスよりなる透過板８４がＯリング等のシール部材８６介して気密に取り付けられている。この透過板８４の外側に、複数の紫外線ランプ８８を有する紫外線照射装置９０が設けられており、必要に応じてウエハＷに紫外線を照射して改質処理等を行うことができるようになっている。尚、この紫外線照射装置９０は、紫外線照射処理を必要としない場合には省略できる。
【００２７】
以上のように構成されたアニール装置２の全体の動作は、コンピュータからなる装置制御部９２により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体９４に記憶されている。この記憶媒体９４は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。具体的には、この装置制御部９２からの指令により、レーザ光の照射の開始や停止、ガスの供給の開始や停止、ガスの流量制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００２８】
装置制御部９２は、これに接続されるユーザインターフェース（図示せず）を有しており、これはオペレータが装置を管理するためにコマンドの入出力操作等を行なうキーボードや、装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。更に、通信回線を介して上記各制御のための通信を装置制御部９２に対して行なうようにしてもよい。
【００２９】
＜アニール方法の説明＞
次に、以上のように構成されたアニール装置２を用いて行われるアニール方法について説明する。まず、処理容器４の側壁に設けたゲートバルブ２８を開き、被処理体である半導体ウエハＷを図示しない搬送アームにより搬出入口２６を介して処理容器４内へ搬入し、このウエハＷを図示しないリフタピンの昇降を介して保持台６上に載置する。この処理容器４内は予め排気系１６が駆動されて真空状態に維持されている。このウエハＷの表面には、アニールすべき薄膜、例えばここではＳｉ−Ｏ結合を含むシリカ系薄膜が形成されている。このシリカ系薄膜としては例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、有機ケイ酸塩ガラス低誘電率膜（ＯＳＧ  ｌｏｗ−ｋ膜）等が挙げられる。
【００３０】
ウエハＷを保持台６上に載置したならば、ゲートバルブ２８を閉じて処理容器４内を密閉する。そして、ガス供給部３２から処理ガスとして例えばＯ２やＮ２ をそれぞれ流量制御しつつ供給して処理容器４内の雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。次に、レーザ光の吸収率が最大になるようにレーザ光の入射角を決定する。ウエハＷに形成されている薄膜の膜厚や膜種によってレーザ光の吸収率が異なっているからである。
【００３１】
そのために、レーザ光照射装置４４を駆動してレーザ発振器４６よりｐ偏光のレーザ光４２を放射させ、このレーザ光４２をビームシェイパー４８、スキャナ５０、マルチパスユニット５２を順次介して伝播させ、更にこのレーザ光４２を入射角調整ミラー部５４の反射ミラー５６に反射させてウエハＷの表面の所定位置、例えば中心部に照射する。そして、ウエハＷの表面で反射した反射光７０を、反射光検出器７２で検出する。このとき、スキャナ５０は駆動させておらず、レーザ光４２の走査は行っていない。
【００３２】
そして、入射角調整ミラー部５４のミラーアクチュエータ５８を駆動して反射ミラー５６を矢印６２に沿って移動させつつ矢印６０に示すように少しずつ回転させてウエハＷの表面に照射されるレーザ光４２の入射角θを少しずつ変化させる。この際、反射ミラー５６の動きに同期させて、反射光検出器７２を矢印７６の方向へ旋回させたり、矢印７８の方向へ移動させたりして、反射光７０を確実に検出するようにする。反射光検出器７２の検出値はミラー部調整部８０へ入力される。
【００３３】
ミラー調整部８０は、反射光検出器７２の検出値に基づいて反射光７０の光量が最低になる入射角θ、すなわちレーザ光４２の吸収率が最大になる入射角θを求める。そして、その入射角θが得られるように、ミラーアクチュエータ５８を制御して反射ミラー５６の前後方向の位置及び回転角を調節して、その状態に固定する。
【００３４】
このようにして、薄膜のレーザ光４２に対する望ましい高い吸収率が得られるようにレーザ光４２の入射角θを設定し、ウエハ表面に対して斜め上方向からレーザ光を照射する。実際のレーザ光の走査時には、レーザ光は所定の振れ幅でスキャンされるので、上記の入射角θを中心にしてプラス及びマイナス方向に僅かな角度だけ入射角が変動する。
【００３５】
尚、ここで薄膜の膜種や厚さ等が予め判っている場合には、そのような薄膜に対するレーザ光の吸収率が最大となる入射角の概略値は予め判っているので、最適な入射角θを求める際の反射ミラー５６の移動量や回転量の調整は非常に僅かな量で済む。なお、最適な入射角θを求める際は、図１に点線で示すように、ウエハＷの中心部に対してレーザ光４２を照射するのが好ましい。
【００３６】
このようにして、ウエハＷに対するレーザ光４５が最適な入射角θとなるような反射ミラー５６の前後方向の位置及び傾斜角度がそれぞれ設定されたならば、次にアニール処理へ移行する。このアニール処理では、反射ミラー５６を固定した状態でレーザ光照射装置４４のスキャナ５０を駆動することによりレーザ光４２を縦方向及び横方向（Ｘ方向及びＹ方向）へ走査してウエハＷの表面の全面に亘ってレーザ光４２を照射し、迅速で且つ短時間の加熱処理を行う。前述したように、レーザ光４２は、吸収率の低下の原因となるｓ偏光が含まれず、ｐ偏光のみが含まれた状態となっているので、レーザ光の吸収効率を大幅に向上させることができる。
【００３７】
このように、レーザ光４２を、薄膜に対して最大の吸収率となる入射角θを中心としてわずかな角度だけ振ることによりウエハＷの直径方向へ走査されるようにしたので、ウエハＷの全面に亘ってレーザ光４２に対する吸収効率を高めることができる。また、ウエハＷの表面に対して斜め方向からレーザ光４２を照射しているので、薄膜の積層構造あるいはウエハの厚さの僅かなバラツキがあったとしても、反射光同士の干渉によりレーザ光の吸収が大きく変動することなく安定してアニール処理を行うことができ、アニール処理の再現性を向上させることができる。例えば直径３００ｍｍのウエハの厚さは７７５±２５μｍと定められているが、本発明によれば、許容範囲内（±２５μｍ）のウエハ厚さの変動の影響を受けることなく、アニール処理の再現性を向上させることができる。
【００３８】
また、マルチパスユニット５２を設けて光路長を長くしているので、スキャナ５０によりレーザ光を僅かに振るだけでウエハＷの直径にわたって走査することができる。例えば、膜厚が６００ｎｍ程度のシリカ系薄膜のブリュースタ角は約７０度であるが、スキャナ５０からウエハＷまでの光路長が５００ｍｍの場合、直径が３００ｍｍのウエハの直径方向の全てをカバーするためにはレーザ光４２の振れ幅は３度程度になり、エネルギー密度は最大で１５％程度変動する。
【００３９】
一方、上記のマルチパスユニット５２を用いて光路長を６０００ｍｍまで延伸した場合には、僅か０．３度程度のレーザ光４２の振れ角によりウエハＷの直径をカバーすることができ、エネルギー密度の変動は１．５％程度まで減少させることができる。そして、上述のようにレーザ光４２の走査時の振れ角が少なくて済むので、照射角度変化による偏光成分の回転が抑制され、ｐ偏光のみの照射を実現することができる。これにより、レーザ光の高い吸収率をウエハ全面に亘って維持したままアニール処理を行うことができる。
【００４０】
上述のようにしてアニール処理を完了したならば、次に、処理容器４の天井部３０に設けた紫外線照射装置９０を駆動して紫外線ランプ８８からウエハＷの表面に紫外線を照射して、改質処理が行われる。
【００４１】
上記説明では、レーザ光４２の入射角θを、ウエハでのレーザ光の吸収率が最大になるように設定したが、実際には、吸収率が最大でなくてもある程度高められた吸収率が得られるような入射角であってもよい。このような入射角の範囲は、例えば３０〜８５度の範囲内であり、好ましくは、一般的に用いられるいずれの膜種に対してもある程度の高い吸収率が得られることから、５６〜８０度の範囲内である。
【００４２】
ここで、Ｓｉ−Ｏ結合を有するシリカ系薄膜としてＯＳＧ膜に対するレーザ光の吸収率を測定したので、その結果について説明する。図２は薄膜の下層に金属膜を有する場合の入射角とｐ偏光の吸収率との関係を示すグラフであり、ＯＳＧ膜の膜厚に関して１８０ｎｍと３００ｎｍと５００ｎｍの３種類について検討した。ここでは、ウエハＷの表面に反射機能を有するＣｕ膜よりなる金属膜を形成し、更にこの金属膜上にＯＳＧ膜を形成した。ｐ偏光のレーザ光の波長は９．４μｍに設定した。
【００４３】
図２に示すグラフから明らかなように、入射角が小さい場合には吸収率は非常に小さいが、入射角が増加するに従って吸収率は次第に大きくなっており、膜厚にもよるが入射角がブリュースタ角に近い７２度〜８０度程度の角度で吸収率のピークが現れ、その後は、吸収率が急激に低下している。例えばＯＳＧ膜の膜厚が５００ｎｍの時は７４度程度、３００ｎｍの時は７８度程度、１８０ｎｍの時は８０度程度で吸収率のピークが現れている。従って、全体的に見ると、入射角は３０度〜８５度の範囲が好ましい。
【００４４】
ここで入射角が３０度よりも小さいと、吸収率が非常に少なくなって好ましくなく、また入射角が８５度よりも大きいと、急激に吸収率がゼロまで低下するので好ましくない。特に吸収率を３０％以上にするには、入射角は、膜厚が５００ｎｍの場合は３９度以上、膜厚が３００ｎｍの場合は５１度以上、膜厚が１８０ｎｍの場合は６４度以上であり、上限は共にほぼ８５度程度である。
【００４５】
また、特に吸収率を５０％以上にするには、膜厚が５００ｎｍの場合は入射角を５６〜８２度の範囲内にするのがよく、膜厚が３００ｎｍの場合は入射角を６７〜８３度の範囲内にするのがよく、膜厚が１８０ｎｍの場合は入射角を７８〜８５度の範囲内にするのがよいことが判る。上記結果より、膜厚が１８０〜５００ｎｍの範囲内の場合には、レーザ光の入射角を６０〜８０度の範囲内に設定することにより、吸収率をある程度高くしてアニール処理を行うことができることが判る。
【００４６】
図３は薄膜の下層に金属膜を有さない場合の入射角とｐ偏光の吸収率との関係を示すグラフであり、ＯＳＧ膜の膜厚は４００ｎｍである。ここではウエハＷの表面に直接的にＯＳＧ膜を形成した。ｐ偏光のレーザ光の波長は９．４μｍとした。図３中において、曲線Ａは実測値を示し、曲線Ｂは平均値を示している。
【００４７】
図３中の曲線Ａに示すように、吸収率の実測値は約２度の周期で振動しており、曲線Ｂに示すその平均値は入射角が１０度程度の時は吸収率が２３％であるが、入射角が増加すると吸収率も次第に増加し、入射角が約７０度の時に吸収率は約４２％程度でピーク値に達しており、その後、吸収率は急激に減少している。このように、吸収率の実測値が振動する理由は、レーザ光のウエハ表面での反射光と、透過光のウエハ裏面での反射光とが干渉し合っているからである。この場合にも、入射角は３０〜８５度の範囲が好ましいことが判る。
【００４８】
このような層構造においては、上述のように実測値の吸収率は２度程度の周期で振動しているが、前述のようにマルチパスユニット５２を用いて光路長を長く設定した結果、レーザ光を上記２度よりも遥かに小さい０．３度の振り幅でウエハ全面を走査させることができる。従って、レーザ光を、振動曲線Ａの谷部分に対応する入射角でウエハ表面に入射させることなく山部分に対応する入射角で入射させることができ、高い吸収率を維持しつつウエハ全面を走査することができる。
【００４９】
本発明によれば、被処理体、例えば半導体ウエハＷの表面に、薄膜のレーザ光に対する吸収率に応じた入射角でレーザ光を照射するようにして、レーザ光を被処理体の表面に対して斜め方向から入射させることにより、レーザ光の吸収効率を大幅に向上させることができる。また、被処理体の厚さの誤差に関係なく、アニール処理を安定化させて、被処理体毎のアニール処理の再現性を向上させることができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
次にアニール装置の第２実施形態について説明する。図４はこのような本発明のアニール装置の第２実施形態を示す概略構成図である。図４では第２実施形態に係るアニール装置の主要部（第１実施形態との相違部分）が詳細に記載され、その他の部分は略して記載されている。また、図４において、図１中に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付し、重複説明を省略する。
【００５１】
図１に示す第１実施形態では、マルチパスユニット５２を処理容器４の上方に配置したが、図４に示すように、この第２実施例のアニール装置２では、上記マルチパスユニット５２を処理容器４の側方（側部）に起立させるようにして配置している。この場合にも、入射角調整ミラー部５４の反射ミラー５６は、矢印９６に示すように光軸方向へ移動できるようになされていると共に、矢印９８に示すように傾斜角度を調整できるようになっており、ウエハＷへのレーザ光４２の入射角θを変化させることができるようになっている。尚、ここではビームシェイパー４８とスキャナ５０との間にレーザ光４２の方向を変えるミラー９９を設けている。第２実施形態においても、先に説明した第１実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
【００５２】
また、第１実施形態及び第２実施形態にあっては、保持台６を固定的に設置していたが、これに限定されず、保持台６を回転可能としてもよい。このような変形例の要部を図５に示す。ここでは、図１及び図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。
【００５３】
図５に示すように、保持台６を支持する支柱１０は処理容器４の底部８を貫通して設けられており、この支柱１０は回転アクチュエータ１００に連結されて、この支柱１０を回転し得るようになっている。また支柱１０の容器底部８に対する貫通部には、例えば磁性流体シール部材１０２が介設されており、処理容器４内の気密性を維持しつつ支柱１０の回転を許容している。
【００５４】
このような構成の場合には、ウエハＷを載置する保持台６が回転することから、レーザ光４２をウエハＷの表面全体に亘って走査する必要はなく、ウエハＷの扇状領域を走査すれば、ウエハＷの回転によりレーザ光４２をウエハＷの全面に照射することができる。従って、入射角調整ミラー部５４の反射ミラー５６の寸法は、先の第１及び第２実施形態の場合と比較して半分以下の大きさで済ますことができる。
【００５５】
また、走査時のレーザ光４２の振れ角も先の第１及び第２実施形態の場合と比較して約半分の角度で済ますことができる。レーザ光４２の走査時は、具体的には、回転しているウエハＷに対してほぼ扇状になるようにレーザ光４２を走査することになる。
【００５６】
上記に代えて、図１に鎖線で概略的に示すように、保持台６を並進運動させる駆動装置１２０を保持台６に設けてもよい。この駆動装置１２０は、Ｘ方向およびＹ方向の一方または両方に保持台６を移動させるように構成することができる。この構成によっても、入射角調整ミラー部５４の反射ミラー５６の寸法を小さくすることができる。
【００５７】
上記の実施形態においては、半導体ウエハＷにアニール処理を行った後に、紫外線を薄膜に照射して膜質の改質処理を行ったが、これに限定されるものではなく、膜種や処理態様にもよるが、アニール処理を行いつつ紫外線をウエハ表面に同時に照射することにより、アニール処理と紫外線改質処理とを同時に行ってもよい。
【００５８】
上記の実施形態では、処理ガスとしてＯ２ガスとＮ２ガスとを用いたが、これに限定されるものではなく、膜種や処理態様にもよるがＯ２、Ｎ２、ＡｒやＨｅ等の希ガス、Ｈ２Ｏ等よりなる群から選択される１以上のガスを処理ガスとして用いてもよい。
【００５９】
上記の実施形態では、レーザ発振器９６として炭酸ガスレーザ発振器を用いたが、これに限定されず、膜種や処理態様に応じて、他のレーザ発振器、例えばＹＡＧレーザ発振器、エキシマレーザ発振器、チタン−サファイアレーザ発振器、半導体レーザ発振器等を用いることができる。
【００６０】
上記の実施形態では、被処理体を半導体ウエハとしたが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれる。また、被処理体はこのような基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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