特許 5687249 走査による熱束処理

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5687249

(24)【登録日】2015年1月30日

(45)【発行日】2015年3月18日

(54)【発明の名称】走査による熱束処理

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20150226BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20150226BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20150226BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20150226BHJP

   B23K 26/04 20140101ALI20150226BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 Z

   H01L21/265 602Z

   H01L21/31 B

   H01L21/31 E

   H01L21/302 201A

   B23K26/04

【請求項の数】9

【外国語出願】

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2012-155648(P2012-155648)

(22)【出願日】2012年7月11日

(62)【分割の表示】特願2003-585924(P2003-585924)の分割

【原出願日】2003年4月18日

(65)【公開番号】特開2012-238864(P2012-238864A)

(43)【公開日】2012年12月6日

【審査請求日】2012年7月31日

(31)【優先権主張番号】10/126,419

(32)【優先日】2002年4月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】10/202,119

(32)【優先日】2002年7月23日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】10/325,497

(32)【優先日】2002年12月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ジェニングズ， ディーン， シー．

(72)【発明者】

【氏名】ヤン， マーク

(72)【発明者】

【氏名】マユール， アブヒラッシュ， ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ベーレンス， ヴァーノン

(72)【発明者】

【氏名】オブライアン， ポール， エー．

(72)【発明者】

【氏名】ターティスキー， レオニド， エム．

(72)【発明者】

【氏名】ゴールディン， アレキサンダー

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０９１２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１６６１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２１１９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１３５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２１３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２０１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２０１６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４４１３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｂ２３Ｋ ２６／０４

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を受け取るように構成されたステージと、
前記ステージに隣接して配置された連続波電磁放射ソースであって、前記基板に向う経路に沿って連続波電磁放射を放出するように構成された連続波電磁放射ソースと、
前記連続波電磁放射ソースと前記ステージとの間に配置された一連のレンズであって、前記連続波電磁放射を前記基板の上側の表面上における連続波電磁放射の線へと収束させるように構成された一連のレンズと、
前記ステージと前記連続波電磁放射の線とを互いに前記連続波電磁放射の線の幅方向に並進移動するように構成された並進移動メカニズムと、
前記連続波電磁放射ソース及び前記ステージを互いに向けて移動するように構成され、かつ、前記ステージのピッチ及びロールを調整するように構成された調整メカニズムと、
前記経路内に配置されて、連続波電磁放射を検出するように構成された検出モジュールと、
前記検出モジュールに結合されたコンピュータシステムであって、前記検出モジュールにより得られた測定値に基づいて前記調整メカニズムを制御して、前記連続波電磁放射の線を前記表面上の焦点に保持するようなコンピュータシステムと、を備えた熱処理装置。

【請求項2】

前記連続波電磁放射の線の幅は５００ミクロン以下で、電力密度は３０ｋＷ／ｃｍ^２以上である、請求項１に記載の熱処理装置。

【請求項3】

前記検出モジュールは前記一連のレンズ間に配置される、請求項１又は２に記載の熱処理装置。

【請求項4】

前記連続波電磁放射の線を前記表面上の焦点に保持することによって前記基板の前記上側の表面上の前記連続波電磁放射の線の電力密度を制御する、請求項１に記載の熱処理装置。

【請求項5】

前記調整メカニズムは前記ステージの高さを調整する、請求項１又は２に記載の熱処理装置。

【請求項6】

前記ステージに埋め込まれていて、前記コンピュータシステムと結合した、前記ステージのピッチ及びロールを調整するための少なくとも３つのフォトセンサをさらに備えた、請求項５に記載の熱処理装置。

【請求項7】

基板を受け取るように構成されたステージと、
前記基板に向う経路に沿って連続波レーザ放射を放出するように構成された連続波レーザソースと、
前記レーザソースと前記ステージとの間に配置された一連のレンズであって、前記レーザ放射を前記基板の表面上における連続波レーザ放射のビーム線へと収束させるように構成された一連のレンズと、
前記基板の熱処理中に前記ステージと前記ビーム線とを互いに前記ビーム線の幅方向に並進移動するように構成された並進移動メカニズムと、
前記ステージを前記レーザソースに向けて移動するように構成され、かつ、前記ステージのピッチ及びロールを調整するように構成された調整メカニズムと、
前記レーザソースから放出されて前記経路に沿って伝播する放射の一部分を受ける、第１の光学検出器と、
前記レーザソースから放出されて前記基板から反射する放射を受ける、第２の光学検出器と、
前記第１及び第２の光学検出器からの信号を受信して、前記基板上のビーム線の収束を制御するために、前記調整メカニズムを制御するコンピュータシステムと、
を備えた熱処理装置。

【請求項8】

前記コンピュータシステムは、前記第１の光学検出器で測定された放出パワーと、前記第２の光学検出器で測定された反射パワーとに応じて前記調整メカニズムを制御する、請求項７に記載の熱処理装置。

【請求項9】

前記ステージに埋め込まれていて、前記コンピュータシステムと結合した、前記ステージのピッチ及びロールを調整するための少なくとも３つのフォトセンサを備えた、請求項７に記載の熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
[0001]本発明は、一般に、半導体デバイスの製造に係る。より詳細には、本発明は、基板を放射の線で走査することにより基板を熱処理するための装置及び方法に向けられる。

【背景技術】

【0002】

[0002]集積回路（ＩＣ）市場には、常に、より大きなメモリ容量、より速いスイッチング速度、及びより小さな特徴部サイズの需要がある。これらの需要に対処するために業界がとってきた主たるステップの１つは、大型の炉においてシリコンウェハのような多数の基板をバッチ処理することから、小型の反応チャンバーにおいて単一基板を処理することへと切り換えることである。

【0003】

[0003]一般に、このようなバッチ処理製造では、４つの基本的操作、即ち成層、パターン化、ドーピング及び熱処理が実行される。これら操作の多くは、種々の化学的及び物理的反応が生じ得るように基板を高い温度に加熱することを必要とする。特に関心があるのは、熱処理及び成層であり、その各々について以下に説明する。

【0004】

[0004]熱処理とは、特定の結果を得るために基板を単に加熱及び冷却する操作である。熱処理中には、付加的な材料が基板に追加されたり基板から除去されたりしない。急速熱処理又はアニールのような熱処理は、通常、比較的大量の熱エネルギー（高温度）を短い時間内に基板に与え、その後、基板を急速に冷却して、熱処理を終了させることを必要とする。このような処理中に基板へ伝達される熱エネルギーの量は、熱履歴として知られている。ある材料の熱履歴は、温度及びプロセス時間幅の関数である。プロセス時間が非常に短い場合には高温度でしか行えない超小型ＩＣの製造では、低い熱履歴が望ましい。

【0005】

[0005]現在利用されている熱処理は、例えば、急速熱処理（ＲＴＰ）及びインパルス（スパイク）アニールを含む。このようなプロセスは広範囲に利用されているが、現在の技術は理想的なものではない。このような技術は、基板の温度をランプアップ及びランプダウンさせる速度が遅過ぎるのに加えて、基板を高温度に長時間露出させる傾向がある。これらの問題は、基板のサイズが増大し、スイッチング速度が高くなり及び／又は特徴部のサイズが小さくなるにつれて、益々過酷になる。

【0006】

[0006]一般に、これらの熱処理は、所定の熱レシピに基づいて制御された条件のもとで基板の温度を上昇させる。これらの熱レシピは、基本的に、基板を加熱しなければならない温度と、温度の変化率、即ち温度のランプアップ及びランプダウン率と、熱処理システムが特定温度に留まる時間とで構成される。例えば、熱レシピは、基板を室温から１２００℃以上の個別温度へ加熱し、各個別温度における処理時間を６０秒まで又はそれ以上にすることを要求することがある。

【0007】

[0007]更に、基板におけるドーパントの拡散を最小にするといったある目的を満足するために、各基板が高い温度を受ける時間長さを制限しなければならない。これを達成するために、温度のランプアップ及びランプダウン率が高いのが好ましい。換言すれば、基板の温度をできるだけ短い時間内に低い温度から高い温度へ及びそれとは逆に調整して熱履歴を最小にできることが望まれる。

【0008】

[0008]高い温度ランプ率に対するこの要求は、典型的な温度ランプアップ率が、従来の炉の場合に５−１５℃／分であるのに比して、２００−４００℃／ｓの範囲である急速熱処理（ＲＴＰ）の開発を導くに至った。典型的なランプダウン率は、８０−１５０℃／ｓの範囲である。

【0009】

[0009]図１は、従来の異なる熱プロセスの熱プロフィールを示すグラフ１００である。明らかなように、典型的なＲＴＰシステムの熱プロフィール１０２は、２５０℃／ｓのランプアップ率と、９０℃／ｓのランプダウン率とを有する。

【0010】

[0010]ＲＴＰの欠点は、たとえＩＣデバイスが基板の頂部数ミクロンに存在するだけであっても、基板全体を加熱することである。これは、いかに速く基板を加熱及び冷却できるかを制限する。更に、基板全体が高い温度になると、熱は、周囲空間又は構造物へ消散するしかない。その結果、今日の技術現状のＲＴＰシステムは、４００℃／ｓのランプアップ率及び１５０℃／ｓのランプダウン率を得るのに苦労している。

【0011】

[0011]また、図１は、レーザアニールプロセスの熱プロフィール１０４も示している。レーザアニールは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネルの製造中に使用される。このようなシステムは、レーザスポットを使用して、ポリシリコンを溶融し、再結晶化する。ＴＦＴパネル上の次々の露出フィールドを横切ってレーザスポットを走査することによりＴＦＴパネル全体が露出される。基板用途の場合には、レーザパルスを使用して、約２０−４０ｎｓの時間中に露出フィールドを照射し、ここで、露出フィールドは、基板を横切り及び基板を下るようにラスタ走査することにより得られる。レーザアニールに対する熱プロフィール１０４から明らかなように、ランプ率は、ほぼ瞬間的に数十億度／秒となる。しかしながら、レーザアニールに使用されるレーザパルス又はフラッシュは、速過ぎて、非溶融プロセスに対して充分なアニールを生じさせるに足る時間をしばしば与えない。また、露出領域に隣接するデバイス又は構造は、それらを溶融させる極端な温度に露出されるか、または低過ぎてほとんどアニールを生じさせない温度に露出されることがある。更に、基板の各部分の熱露出の均質化は、異なる領域が異なる率で吸収して大きな温度勾配を生じさせるので、達成が困難である。このプロセスは、平衡温度に熱拡散するには速過ぎて、甚だしいパターン依存性を生じさせる。その結果、この技術は、基板表面上の異なる領域が著しく異なる温度に加熱されて、短い距離にわたり大きな非均一性を生じさせることがあるので、単結晶シリコンのアニールには適していない。

【0012】

[0012]カナダのボルテックインダストリーズリミテッドにより現在開発中の別の熱処理システムは、フラッシュアシストスパイクアニールを使用して、短い時間内に基板に高い熱エネルギーを与え、次いで、領域を急速に冷却して、熱露出を制限するよう試みるものである。この熱処理システムの使用は、１０６０℃までスパイクアニールの接合深さを与えるが、フラッシュでのアクチベーションを１１００℃まで改善するはずである。典型的に、ＲＴＰシステムは、通常ほぼ１０６０℃の希望温度までランプアップし、次いで、希望のフラッシュ温度に到達した直後にランプダウンを開始する。これは、高い温度から適当なアクチベーションを依然として得ながら、生じる拡散量を最小にするために行なわれる。このようなフラッシュアシストスパイクアニールの熱プロフィール１０６も、図１に示されている。

【0013】

[0013]以上のことから、高いランプアップ及びランプダウン率で基板をアニールするための装置及び方法が要望される。これは、小型デバイスの製造に多大な制御を与え、性能向上をもたらす。更に、このような装置及び方法は、基板の各ポイントが実質的に均質な熱露出を有し、これにより、パターン依存性及び潜在的欠陥を低減するよう確保しなければならない。

【0014】

[0014]次いで、通常エネルギー又は熱の追加を必要とする別の基本的製造操作である成層に注目する。成層は、種々の技術を使用して基板の表面に薄い層又は膜を追加するもので、最も広く利用されているのは、成長及び堆積である。追加された層は、ＩＣデバイスにおいては、半導体、誘電体（絶縁体）又は導体として機能する。これらの層は、均一な厚み、滑らかで且つ平坦な面、均一な組成及び粒子サイズ、応力のない膜、純度及び完全性等の種々の要件を満足しなければならない。エネルギーの追加を必要とする通常の堆積技術は、幾つか例を挙げると、化学気相堆積（ＣＶＤ）、急速熱化学気相堆積（ＲＴＣＶＤ）として知られている種々のＣＶＤ、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）として知られている別の種々のＣＶＤ、及び原子層堆積（ＡＬＤ）である。

【0015】

[0015]ＣＶＤは、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）のような１つ以上の層又は膜を基板表面に物理的に堆積するための最も広く利用されている技術である。ＣＶＤプロセス中に、最終的な膜に必要とされる原子又は分子を含むアンモニア（ＮＨ_３）及びジクロロシラン（ＤＣＳ）のような種々のガスが反応チャンバーに注入される。熱、光又はプラズマのような高いエネルギーでガスとガスとの間の化学反応が誘発される。反応した原子又は分子は、基板表面に堆積し、所定厚みの薄膜を形成するように蓄積する。反応副産物は、反応チャンバーから実質的にフラッシュされる。堆積率は、供給エネルギーの反応条件、反応チャンバーに存在するガスの量及び比率、及び／又は反応チャンバー内の圧力を制御することで、操作することができる。

【0016】

[0016]反応エネルギーは、一般に、熱（伝導又は対流）、誘導ＲＦ、放射、プラズマ又は紫外線エネルギー源により供給される。温度は、一般に、室温から１２５０℃までの範囲であり、更に一般的には、２５０℃から８５０℃の範囲である。

【0017】

[0017]現在の熱推進プロセスでは、基板を高い温度に加熱することが望まれるが、基板をこれらの高い温度に著しく長く露出させないことも望まれる。換言すれば、基板の温度を低い温度から高い温度へ、及びそれとは逆に、できるだけ短い時間内に調整できることが望ましく、即ち低い熱履歴をもつことが望ましい。

【0018】

[0018]しかしながら、現在の熱推進プロセスは、基板の表面だけを加熱すればよいにも関わらず、基板全体を加熱する。基板全体を加熱することは、基板が温度の変化に抵抗する熱慣性をもつことになるので、どれほど速く基板を加熱及び冷却できるかを制限する。例えば、基板全体が高温になると、周囲空間又は構造物へ熱を消散しなければ、基板を冷却することができない。

【0019】

[0019]ＣＶＤ又はＬＰＣＶＤでは、種々のガスが反応チャンバーに同時に供給又は注入される。しかしながら、反応ガスと反応ガスとの間に生じる気相反応は、基板の周りの周囲空間を含む反応チャンバー内のいずれの位置にも発生し得る。周囲空間に生じる反応は、膜に埋設されることになる粒子を形成し得るので、望ましくない。また、気相反応は、流れに依存する堆積も生じさせ、この流れ依存性のために著しい非均一性を引き起こすことになる。

【0020】

[0020]近年、ＣＶＤ及びＬＰＣＶＤでの前記気相反応の問題に対処するためにＡＬＤが開発された。ＡＬＤでは、第１ガスが反応チャンバーに注入される。第１ガスの原子又は分子が基板の表面に付着する。次いで、パージガスが注入されて、第１ガスを反応チャンバーからフラッシュする。最終的に、第２ガスが反応チャンバーに注入され、基板の表面の第２ガスと反応させる。第１及び第２ガスが反応チャンバーに同時に存在しないので、周囲空間に気相反応は生じない。これは、周囲空間における粒子形成及び流れ依存性に関連した問題を排除する。しかしながら、ＡＬＤの堆積率は低く、約１Å／秒である。また、ＡＬＤは、ＣＶＤと同じ温度制約及び熱履歴の問題で束縛される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

[0021]以上に鑑み、基板上に層を堆積するものであって、気相反応問題を軽減する装置及び方法が要望される。より詳細には、このような装置及び方法は、基板の表面だけを加熱し、高いランプアップ及びランプダウン率、即ち低い熱履歴を与えるものでなければならない。また、このような装置及び方法は、均一な層厚み、滑らかで且つ平坦な層表面、均一な層組成及び粒子サイズ、応力の低い膜、純度及び完全性といった一般的及び特定のパラメータを満足するのが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0022】

[0022]本発明の一実施形態によれば、基板上に層を堆積する装置が提供される。この装置は、反応チャンバーと、この反応チャンバーへ少なくとも１つのガスを注入するように構成されたガス注入器とを備えている。また、この装置は、連続波電磁放射ソースと、反応チャンバー内のステージと、これら連続波電磁放射ソースとステージとの間に配置された収束光学系とを備えている。ステージは、その上に基板を受け取るように構成される。収束光学系は、連続波電磁放射ソースからの連続波電磁放射を、基板の上面における連続波電磁放射の線へと収束するように構成される。連続波電磁放射の線は、基板の幅又は直径を横切って延びるのが好ましい。この装置は、更に、ステージと、連続波電磁放射の線を互いに並進移動するように構成された並進移動メカニズムも備えている。

【0023】

[0023]更に、本発明によれば、基板上に１つ以上の層を堆積するための方法が提供される。基板は、最初に反応チャンバーに配置される。反応チャンバーには１つ以上のガスが導入される。放射の線を並進移動するための所定の速度が決定される。この所定の速度は、基板を処理するための熱レシピ、基板の特性、連続波電磁放射の電力、この放射の線の幅、放射の線における電力密度、等の多数のファクタに基づくものである。

【0024】

[0024]次いで、連続波電磁放射が連続波放射ソースから放出され、好ましくは、コリメートされる。連続波電磁放射は、その後、基板の表面を横切って延びる放射の線へと収束される。次いで、放射の線は、一定の所定の速度で表面に対して並進移動される。

【0025】

[0025]導入されたガス（１つ又は複数）と、放射の線により発生される熱との結合で、少なくとも１つのガスが反応して基板の表面に層を堆積させる。望ましくない反応副産物は、次いで、反応チャンバーからフラッシュされる。所定厚みの層が基板の表面に形成されるまでこのプロセスが繰り返される。

【0026】

[0026]本発明の別の実施形態によれば、熱束処理装置が提供される。この熱束処理装置は、連続波電磁放射ソースと、ステージと、収束光学系と、並進移動メカニズムとを備えている。連続波電磁放射ソースは、１つ以上のレーザダイオードであるのが好ましい。ステージは、その上に基板を受け取るように構成される。収束光学系は、連続波電磁放射ソースとステージとの間に配置されると共に、連続波電磁放射ソースからの連続波電磁放射を、基板の上面における連続波電磁放射の線へと収束するように構成されるのが好ましい。連続波電磁放射の線の長さは、基板の全幅にわたって延びるのが好ましい。並進移動メカニズムは、ステージと、連続波電磁放射の線を互いに並進移動するように構成され、基板をしっかり把持するためのチャックを含むのが好ましい。

【0027】

[0027]更に、基板を熱処理するための方法が提供される。連続波放射が、基板の上面における放射の線へと収束される。放射の線は、表面に対して一定の所定速度で並進移動される。これは、基板の各ポイントが実質的に均質の熱露出又は熱履歴をもつことを許容する。ランプ電力ではなく走査速度を変調することによりプロセス制御が達成され、装置の制御が簡単化される。これは、欠陥を発生せずに高い局部加熱を許容する。

【0028】

[0028]それ故、本発明は、所与の瞬間に基板の表面の僅かな部分しか加熱しない。これは、全放射電力要求を緩和する。実際に、基板の弦が一度に１つしか加熱されないので、３００ｍｍ基板において５ｋＷの放射ソースだけで１５０ｋＷ／ｃｍ^２のエネルギー密度を達成できる。

【0029】

[0029]所与の瞬間に小さな領域を加熱することにより、数キロワットの放射電力だけで基板上に数百万度／秒のランプ率を達成することができる。更に、この高いランプ率は、上面を周囲温度から１２００℃以上に加熱し、基板の体積温度が上昇し得る前にほぼ周囲温度へ冷却して戻すのを許容する。

【0030】

[0030]上述した装置及び方法は、基板表面を１ミリ秒以内に適度な温度に加熱することができる。更に、放射の線が基板の表面に熱を与えるだけであるので、ガスの反応は表面に生じるだけである。室温の反応が無視できる場合、これは、基板表面から離れたところに望ましからぬ気相反応を招くことなく、多数のガスを同時に注入するのを許容する。この方法は、大気圧において実行して反応物の高速な分解を生じさせることができ、これにより、高い堆積率が可能となる。

【0031】

[0031]本発明の別の実施形態によれば、ステージと、連続波電磁放射ソースと、一連のレンズと、並進移動メカニズムと、検出モジュールと、コンピュータシステムとを備えた熱処理装置が提供される。ステージは、その上に基板を受け取るように構成される。連続波電磁放射ソースは、ステージに隣接して配置され、基板に向う経路に沿って連続波電磁放射を放出するように構成される。一連のレンズは、連続波電磁放射ソースとステージとの間に配置される。一連のレンズは、連続波電磁放射を、基板の表面上の連続波電磁放射の線へと凝縮するように構成される。この凝縮は、放射を、連続波電磁放射の線に又はそれに向けて収斂又は集中させる。並進移動メカニズムは、ステージと、連続波電磁放射の線を互いに並進移動するように構成される。検出モジュールは、前記経路内に配置されて、連続波電磁放射を検出するように構成される。好ましい実施形態では、検出モジュールは、一連のレンズ間に配置され、更に好ましくは、伸張レンズと、連続波電磁放射を凝縮するように構成された残りのレンズとの間に配置される。コンピュータシステムは、検出モジュールに結合される。また、好ましい実施形態においては、連続波電磁放射の線は、その幅が５００ミクロン以下で、その電力密度が少なくとも３０ｋＷ／ｃｍ^２である。

【0032】

[0032]検出モジュールは、連続波電磁放射ソースから放出された放出連続波電磁放射を検出するように構成された少なくとも１つの放出電力検出器を含むのが好ましい。また、検出モジュールは、表面から反射された反射連続波電磁放射を検出するように構成された少なくとも１つの反射電力検出器も含むのが好ましい。放出連続波電磁放射の一部分をサンプリングするか、または反射連続波電磁放射の一部分をサンプリングするために少なくとも１つのビームスプリッタが設けられる。このビームスプリッタは、好ましくは、連続波電磁放射モジュールとステージとの間に配置され、更に好ましくは、一連のレンズ間に配置され、もっと好ましくは、伸張レンズと、連続波電磁放射を凝縮するように構成された残りのレンズとの間に配置される。一実施形態において、放出電力検出器と反射電力検出器は、８１０ｎｍの連続波電磁放射を検出する。少なくとも１つの温度検出器は、８１０ｎｍ以外の波長の連続波電磁放射を検出することにより連続波電磁放射の線における表面の温度を検出するように構成される。この温度検出器と連続波電磁放射の線との間にフィルタが配置されるのが好ましい。このフィルタは、８１０ｎｍ以外の波長をもつ連続波電磁放射のみが温度検出器に到達するのを許容するように構成される。このフィルタは、光学高温計が９００ｎｍから２０００ｎｍ、特に１５００ｎｍで動作するのを許容するように構成される。

【0033】

[0033]コンピュータシステムは、放出電力検出器へ放出される放出電力を決定するための手順と、反射電力検出器へ反射される反射電力を決定するための手順と、連続波電磁放射ソースに供給される電力を、前記検出、放出及び／又は反射された電力に基づいて制御するための手順とを含むのが好ましい。また、コンピュータシステムは、反射率を決定するための反射率手順を含んでもよい。反射率は、反射電力を放出電力で除算したものに比例する。また、コンピュータシステムは、連続波放射の線における表面の温度を決定するための手順を含んでもよい。温度は、放出電力から反射電力を差し引いたものに等しい吸収電力に比例する。

【0034】

[0034]一連のレンズは、連続波電磁放射ソースとステージとの間に配置された少なくとも１つの伸張レンズを含むのが好ましい。この少なくとも１つの伸張レンズは、連続波電磁放射ソースから放出された連続波電磁放射のビームを、連続波電磁放射の伸張ビームへと伸張するように構成される。一連のレンズは、更に、連続波電磁放射ソースとステージとの間に直列に配置された多数の円柱状レンズを含んでもよい。これら多数の円柱状レンズは、連続波電磁放射の伸張ビームを、基板の表面における連続波電磁放射の線へと収束するように構成される。

【0035】

[0035]連続波電磁放射ソースは、対向するレーザダイオードモジュールの多数のセットを備え、対向するレーザダイオードモジュールの多数のセットの各々は、別々に制御されるのが好ましい。また、レーザダイオードの各セットに対して個別の検出モジュールが設けられるのが好ましい。

【0036】

[0036]連続波電磁放射ソースと一連のレンズとの間にはインターリーブ合成器が配置されるのが好ましい。このインターリーブ合成器は、連続波電磁放射波長における反射向上のために誘電体スタックを使用するのが好ましい。基板からの熱放出信号は、連続波電磁放射より長い波長において一連のレンズ及びインターリーブ合成器を介して測定されるのが好ましい。インターリーブ合成器は、充満比向上光学系を使用して、一連のレンズのサイズを減少する。

【0037】

[0037]また、連続波電磁放射ソースとステージを互いに向って移動するために調整メカニズムが設けられてもよい。これは、コンピュータシステムが、検出モジュールにより得られた測定値に基づいて調整メカニズムを制御して、連続波放射の線を表面に収束した状態に保つのを許容する。別の実施形態では、散乱した連続波放射を連続波放射の線に向けて戻すように再指向するために反射面が設けられる。

【0038】

[0038]本発明の別の実施形態によれば、熱処理方法が提供される。基板の表面が、所定の電力密度で所定の時間中加熱される。これは、基板の表面を周囲温度（Ｔ_Ａ）からプロセス温度（Ｔ_Ｐ）へ加熱するのを許容するが、表面から所定の深さにおける温度（Ｔ_Ｄ）は、周囲温度に、プロセス温度から周囲温度を引いたものの半分を加えたものより低く保たれる（Ｔ_Ｄ≦Ｔ_Ａ＋（Ｔ_Ｐ−Ｔ_Ａ）／２）。好ましい実施形態では、所定の電力密度が少なくとも３０ｋＷ／ｃｍ^２であり、所定の時間長さが１００マイクロ秒から１００ミリ秒であり、周囲温度が約５００℃未満であり、プロセス温度が約７００℃より高く、所定深さが当該深さの１０倍であり、但し、当該深さとは、シリコンにおけるデバイス構造の最大深さである。

【0039】

[0039]また、熱処理方法は、最初に、表面に熱的向上層を被覆するステップを含んでもよい。また、散乱された連続波電磁放射は、放射の線に向って反射されて戻されてもよい。連続波電磁放射の放出電力、及び表面から反射された連続波電磁放射の反射電力が測定されてもよい。次いで、反射電力が放出電力と比較されてもよい。連続波電磁放射ソースへ供給される電力は、このような比較に基づいて制御されてもよい。また、反射された連続波電磁放射とは実質的に異なる波長において連続波電磁放射の線の焦点で基板からの熱放射の個別の測定がなされてもよい。温度は、表面上で線において決定されてもよい。また、吸収率、反射率及び放出率が決定されてもよい。

【0040】

[0040]収束の前に、走査方向に対する基板の最適な向きが選択されてもよい。最適な向きは、走査方向が基板の主たるスリップ平面との最小の重畳しかもたないよう確保することにより決定される。また、基板は予熱されてもよい。予熱は、連続波電磁放射ソースでの１つ以上の前走査で構成され、ホットプレートを使用して実行されるのが好ましい。

【0041】

[0041]更に、本発明によれば、一連のレンズは、少なくとも１つの伸張レンズと、複数の円柱状レンズとを含む。伸張レンズは、連続波電磁放射ソースとステージとの間に配置される。伸張レンズは、連続波電磁放射のビームを、連続波電磁放射の伸張されたビームへと伸張するように構成される。複数の円柱状レンズは、少なくとも１つの伸張レンズとステージとの間に直列に配置されるのが好ましい。複数の円柱状レンズは、連続波電磁放射の伸張されたビームを、基板の表面上の連続波電磁放射の線へと収束するように構成される。上記少なくとも１つの伸張レンズは、２つの伸張レンズを含むのが好ましく、一方、複数の円柱状レンズは、球面形状又は非球面形状を有する。複数の円柱状レンズのあるものは、球面形状を有し、他のものは、それを有していなくてもよい。複数のレンズの付近にガス注入器が設けられて、複数のレンズ間に冷却パージガスを循環するようにしてもよい。

【0042】

[0042]更に、熱処理装置のための自動収束メカニズムが設けられる。この自動収束メカニズムは、連続波電磁放射モジュールと、ステージと、少なくとも１つのフォト検出器と、並進移動メカニズムと、調整メカニズムと、コントローラとを含む。連続波電磁放射モジュールは、連続波電磁放射を、基板の表面上の連続波電磁放射の線へと収束するように構成される。ステージは、その上に基板を受け取るように構成される。少なくとも１つのフォト検出器がステージに結合される。少なくとも１つのフォト検出器は、連続波電磁放射の強度を測定するように構成される。並進移動メカニズムは、ステージと、連続波電磁放射モジュールを互いに並進移動するように構成される。調整メカニズムは、ステージに結合され、ステージの高さ、ロール及びピッチを調整するように構成される。最終的に、コントローラは、連続波電磁放射モジュール、少なくとも１つのフォト検出器、並進移動メカニズム、及び調整メカニズムに結合される。前記少なくとも１つのフォト検出器は、ステージに埋設された３つのフォト検出器を含むのが好ましい。３つのフォト検出器及びコントローラは、連続波電磁放射モジュールに対するステージのピッチ、ロール及び高さを測定するように構成される。

【0043】

[0043]使用中に、連続波電磁放射の線が基板の表面に自動的に収束される。自動収束メカニズムが設けられた後に、少なくとも１つのアパーチャーが貫通するツール基板がステージに配置される。少なくとも１つのアパーチャーは、少なくとも１つのフォト検出器と整列される。次いで、少なくとも１つのアパーチャーに、連続波電磁放射ソースからの連続波電磁放射が照射される。次いで、連続波電磁放射の強度が少なくとも１つのフォト検出器において測定され、その強度に基づいて、ステージと連続波電磁放射ソースとの位置が互いに調整される。

【0044】

[0044]次いで、ステージと連続波電磁放射ソースは、ツール基板の別のアパーチャーと別のフォト検出器とを整列するように互いに横方向に並進移動される。次いで、別のアパーチャーが連続波電磁放射ソースからの連続波電磁放射に露出される。次いで、別のフォト検出器において連続波電磁放射の別の強度が感知される。最終的に、この別の強度に基づいて、ステージと連続波電磁放射ソースの位置が互いにセットされる。ステージが連続波電磁放射ソースに対して所定の位置にくるまで、これらのステップが繰り返される。

【0045】

[0045]更に別の実施形態は、半導体基板を熱処理する方法を提供する。連続波電磁放射が、半導体基板の表面を部分的に横切って延びる連続波電磁放射の線へと収束される。次いで、連続波電磁放射の線と表面は、一定に所定速度で互いに並進移動される。その後、放射の線は、その長さに沿って、その長さに等しいか又はそれより若干短い距離だけシフトされる。再び、連続波電磁放射の線と表面とは、一定に所定速度で互いに並進移動される。このオーバー走査は、基板の各露出ポイントが実質的に均質な熱露出を有するのを許容する。

【図面の簡単な説明】

【0046】

[0046]本発明の特徴及び目的を良く理解するために、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

【図1】従来の種々の熱プロセスの熱プロフィールを示すグラフである。

【図2A】本発明の一実施形態により基板を熱処理するための装置を示す概略側面図である。

【図2B】図２Ａに示された基板及びステージの概略上面図である。

【図3】本発明の別の実施形態により基板を熱処理するための別の装置を示す概略側面図である。

【図4】基板を熱処理するための方法のフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態に基づく熱処理中に固定ポイントにおける基板上の及び基板を通る温度を示すグラフである。

【図6】本発明の別の実施形態により基板上に層を堆積するための装置を示す概略側面図である。

【図7】図６に示す本発明の実施形態により基板に層を堆積するための方法を示すフローチャートである。

【図8】図６に示す本発明の実施形態により８５０℃及び７４０Torrにおいてシランを分解するためのモンテカルロシミュレーションの結果を示すグラフである。

【図9A】本発明の更に別の実施形態により基板を熱処理するための更に別の装置を示す側面図である。

【図9B】図９Ａに示された装置の斜視図である。

【図9C】本発明の更に別の実施形態により基板を熱処理するための更に別の装置を示す後面図である。

【図10】図９Ａ及び９Ｂに示されたインターリーブ合成器の概略側面図である。

【図11】図９Ａ及び９Ｂに示された収束光学系及び検出モジュールの詳細な断面側面図である。

【図12】図９Ａ及び９Ｂに示された装置の原型を示す等尺図である。

【図13】熱プロセスを制御する方法のフローチャートである。

【図14A】自動収束メカニズムの部分断面側面図である。

【図14B】図１４Ａに示されたツール基板及びステージの、１４Ｂ−１４Ｂ’線に沿った上面図である。

【図14C】基板の上面に連続波電磁放射の線を自動的に収束するための方法を示すフローチャートである。

【図14D】測定されたエネルギー密度と、アパーチャーにおける最良の焦点からの距離とを示すグラフである。

【0047】

[0067]多数の図面全体にわたり対応する部分は同じ参照番号で示されている。参照を容易にするために、参照番号の最初の数字は、一般に、その参照番号が最初に示された図面番号を指す。例えば、１０２は、図１に見ることができ、１３４１は、図１３に見ることができる。

【発明を実施するための形態】

【0048】

[0068]図２Ａは、本発明の実施形態により基板を熱処理するための装置２００を示す概略側面図である。基板の熱処理は、以下に説明する本発明の特徴を必要とする熱プロセスである。このような熱プロセスの実施例は、基板の熱アニール又は化学気相堆積（ＣＶＤ）に使用される熱プロセスを含み、残りの図面全体を通じてこの両方を説明する。

【0049】

[0069]装置２００は、連続波電磁放射モジュール２０１と、基板２１４を受け取るように構成されたステージ２１６と、並進移動メカニズム２１８とを備えている。連続波電磁放射モジュール２０１は、連続波電磁放射ソース２０２と、該連続波電磁放射ソース２０２とステージ２１６の間に配置された収束光学系２２０とを備えている。

【0050】

[0070]好ましい実施形態では、基板２１４は、単結晶シリコン基板、シリコン・オン・インスレータ（ＳＯＩ）、シリコンゲルマニウム又はその合金、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造するのに使用されるシリコン層を伴うガラス又は石英基板、等のような適当な基板である。しかしながら、単結晶シリコン基板の熱束処理は、ＴＦＴ基板の場合より更に困難であることが明らかである。というのは、単結晶シリコン基板は、ＴＦＴより熱伝導率が著しく高く、且つ単結晶シリコン基板の用途は、熱プロセスのより厳密な制御を必要とするからである。

【0051】

[0071]連続波電磁放射ソース２０２は、「連続波」即ち光のような電磁放射線を放出することができる。「連続波」とは、放射ソースが、放射を連続的に、即ちバーストやパルスやフラッシュでない放射を放出するように構成されることを意味する。これは、通常バースト又はフラッシュ光を使用するレーザアニールに使用されるレーザとはかなり相違する。

【0052】

[0072]更に、連続波電磁放射は、基板の表面又はその付近で吸収されることが必要であるので、放射の波長は、基板が放射を吸収する範囲内のものである。シリコン基板の場合には、連続波電磁放射は、１９０ｎｍから９５０ｎｍの波長を有するのが好ましい。更に好ましくは、約８０８ｎｍの波長を有する。

【0053】

[0073]或いは又、ＵＶ又はその付近で動作する高電力の連続波電磁放射レーザソースが使用されてもよく、この場合、このような連続波電磁放射レーザソースにより発生される波長は、ほとんどの反射性材料により強力に吸収されるものである。

【0054】

[0074]好ましい実施形態では、連続波電磁放射ソース２０２は、放射を少なくとも１５秒間連続的に放出することができる。また、好ましい実施形態では、連続波電磁放射ソース２０２は、同じ波長の均一で且つ空間的にコヒレントな光を各々発生する複数のレーザダイオードを備えている。更に別の好ましい実施形態では、レーザダイオードの電力は、０．５ｋＷから５０ｋＷの範囲であるが、約５ｋＷであるのが好ましい。適当なレーザダイオードは、カリフォルニア州サンタクララのコヒレント・インク、カリフォルニア州のスペクトラ−フィジックス、又はセントチャールズミズリーのカッティング・エッジ・オプトロニックス・インクにより製造されたものでよい。好ましいレーザダイオードは、カッティング・エッジ・オプトロニックスにより製造されたものであるが、別の適当なレーザダイオードは、レーザダイオードモジュール当たり４０−４８０ワットの連続波電力を与えるスペクトラ・フィジックスのＭＯＮＳＯＯＮ（登録商標）マルチバーモジュール（ＭＢＭ）である。

【0055】

[0075]収束光学系２２０は、連続波電磁放射ソース２０２からの放射２０４を実質的に平行なビーム２０８へとコリメートする１つ以上のコリメータ２０６を含むのが好ましい。このコリメートされた放射２０８は、次いで、少なくとも１つのレンズ２１０により基板２１４の上面２２４における放射の線２２２へと収束される。

【0056】

[0076]レンズ２１０は、放射を線へと収束することのできる適当なレンズ又は一連のレンズである。好ましい実施形態では、レンズ２１０は、円柱状レンズである。或いは又、レンズ２１０は、１つ以上の凹レンズ、凸レンズ、平面ミラー、凹面ミラー、凸面ミラー、屈折レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ、屈折率分布型レンズ、等であってもよい。収束光学系２２０は、図１１を参照して以下に詳細に説明する。

【0057】

[0077]ステージ２１６は、以下に説明するように、並進移動中に基板２１４をしっかり保持することのできるプラットホーム又はチャックである。好ましい実施形態では、ステージ２１６は、基板を把持する手段、例えば、摩擦、重力、機械的又は電気的システムを含む。適当な把持手段は、例えば、機械的クランプ、静電又は真空チャック等を含む。

【0058】

[0078]また、装置２００は、ステージ２１６と放射の線２２２を互いに並進移動するように構成された並進移動メカニズム２１８も備えている。一実施形態では、並進移動メカニズム２１８は、ステージ２１６に結合され、ステージ２１６を連続波電磁放射ソース２０２及び／又は収束光学系２２０に対して移動する。別の実施形態では、並進移動メカニズム２１８は、連続波電磁放射ソース２０２及び／又は収束光学系２２０に結合され、連続波電磁放射ソース２０２及び／又は収束光学系２２０をステージ２１６に対して移動する。更に別の実施形態では、並進移動メカニズム２１８は、連続波電磁放射ソース２０２及び／又は収束光学系２２０と、ステージ２１６との両方を移動する。コンベヤシステム、ラック・ピニオンシステム、等の適当な並進移動メカニズムを使用することができる。

【0059】

[0079]並進移動メカニズム２１８は、ステージ２１６及び放射の線２２２が互いに移動する走査速度を制御するためにコントローラに結合されるのが好ましい。更に、ステージ２１６と放射の線２２２の互いの並進移動は、放射の線２２２に垂直で且つ基板２１４の上面２２４に平行な経路に沿って行なわれるのが好ましい。好ましい実施形態では、並進移動メカニズム２１８は、一定速度で移動する。この一定速度は、３５ミクロン幅の線に対して約２ｃｍ／ｓであるのが好ましい。別の実施形態では、ステージ２１６と放射の線２２２の互いの並進移動は、放射の線２２２に垂直な経路に沿ったものでない。

【0060】

[0080]図２Ｂは、図２Ａの２Ｂ−２Ｂ’線に沿って見た基板及びステージの概略上面図である。好ましい実施形態では、基板２１４は、直径が２００又は３００ｍｍで、厚みが約７５０ミクロンの円形基板である。また、好ましい実施形態では、放射の線２２２は、その長さが少なくとも基板２１４の全直径又は幅を横切って延びる。また、放射の線２２２は、その幅２２８が３から５００ミクロンであるのが好ましい。しかしながら、好ましい実施形態では、放射の線２２２は、その幅２２８が約３５ミクロンである。この幅は、放射の最大強度の半分において測定される（全幅半最大（ＦＷＨＭ）としても知られている）。全ての実施形態において、線の長さは、その幅より長い。好ましい実施形態では、放射の線２２２は、この線が移動方向に垂直であり、即ちこの線が常に基板の固定線即ち弦２５２に平行に保たれるように、基板２１４を直線的に横断する。

【0061】

[0081]放射の線における好ましい電力密度は、１０ｋＷ／ｃｍ^２から２００ｋＷ／ｃｍ^２であり、公称範囲は６０ｋＷ／ｃｍ^２付近である。基板の全面をこれらの電力密度で放射することは容易に達成できないが、この強度をもつ放射の線で基板を横切って走査することは可能である。例えば、ピーク電力密度が７０ｋＷ／ｃｍ^２で、幅が４００ミクロンの放射の線を使用して、１００ｃｍ／ｓで走査した実験では、ランプアップ及びランプダウン率が４百万℃／ｓを越える状態で基板の表面が約１１７０℃に加熱された。

【0062】

[0082]図３は、本発明の別の実施形態により基板を熱処理するための別の装置３００を示す概略側面図である。この実施形態は、収束光学系３２０の別の構成を示す。この実施形態では、収束光学系３２０は、レンズ２１０と、１つ以上の放射ガイド、例えば、１つ以上の光ファイバー３０８及びプリズム３０６とを備えている。他の放射ガイド、例えば、導波器、ミラー、拡散器を使用することもできる。

【0063】

[0083]連続波電磁放射ソース２０２からの放射は、プリズム３０６に向けられ、該プリズムは、この放射を１つ以上の光ファイバー３０８へ向け直す。放射は、これら光ファイバー３０８を経てレンズ２１０へ伝送され、そこで、放射の線２２２へと収束される。

【0064】

[0084]上述した収束光学系２２０（図２Ａ）又は３２０の多数の異なる組合せを使用して、連続波電磁放射ソースからの放射を伝送し、放射の線へと収束してもよいことが明らかであろう。また、レーザダイオードの直線アレイを放射ソースとして使用することもできる。更に、均一な放射分布を形成する適当な手段、例えば、放射拡散器を使用してもよい。

【0065】

[0085]図４は、基板２１４（図２Ａ）を熱処理するための方法を示すフローチャート４００である。ステップ４０２において、図２及び３を参照して上述した装置が用意される。次いで、ステップ４０４において、コントローラ２２６（図２Ａ）は、放射の線２２２（図２Ａ）及び基板が互いに移動する走査速度を決定する。この決定は、基板を処理するための熱レシピ、基板の特性、連続波電磁放射ソース２０２（図２Ａ）の電力、放射の線の幅、放射の線の電力密度、等に基づいて行なわれる。

【0066】

[0086]連続波電磁放射ソース２０２（図２Ａ）は、ステップ４０６において、連続波の放射２０４（図２Ａ）を放出する。この放射２０４は、ステップ４０８において、コリメートされた放射ビーム２０８（図２Ａ）へとコリメートされるのが好ましい。このコリメートされた放射ビーム２０８（図２Ａ）は、ステップ４１０において、放射の線２２２（図２Ａ）へと収束される。好ましい走査速度に基づき、ステージ２１６（図２Ａ）及び放射の線２２２（図２Ａ）が、ステップ４１２において、並進移動メカニズム２１８（図２Ａ）により互いに並進移動される。この並進移動は、放射の線２２２に垂直で且つ基板の上面に平行な経路に沿って行なわれ、放射の線が基板２１４全体を横断するようにされる。好ましい実施形態では、並進移動メカニズム２１８が放射ソース及び収束光学系を基板の上面に対して約２ｃｍ／ｓで走査させる。

【0067】

[0087]図５は、図４を参照して上述した方法に基づいて実行される熱処理中に固定ポイントにおける基板上の及び基板を通る温度対時間及び深さを示すグラフ５００である。温度軸５０２は、固定ポイントにおける０から１４００℃の温度を示す。軸５０４は、固定ポイントにおいて上面２２４（図２Ｂ）から基板２１４（図２Ｂ）内への深さを示す。軸５０６は、走査開始後のあるポイントにおける時間を秒で示す。固定ポイントは、５０８に位置すると仮定する。

【0068】

[0088]放射の線２２２（図２Ｂ）が、基板２１４（図２Ｂ）の上面２２４（図２Ｂ）を横切って走査するときには、それが発生する熱を基板上の線即ち弦に受けさせる。放射の線が固定ポイントに到達する前には、固定ポイントの温度は、固定ポイントにおける上面でも基板断面全体でも、参照番号５１６で示すように周囲温度である。放射の線が５０８の固定ポイントに到達するや否や、上面の温度は、参照番号５１０で示すように、１２００℃のようなプロセス温度（又はプロセスに必要な他の希望温度）へ約１ｅ６Ｃ／ｓでランプアップする。同時に、基板は、ヒートシンクとして働いて、参照番号５１２で示すように、表面から離れるにつれて急激な温度降下を生じさせる。例えば、図５に示すように、上面のポイントから０．０４ｃｍのところでは、温度が約２００℃である。従って、加熱効果が上面のみに一般的に局所化される。これは、一般に、基板の上面２２４（図２Ａ）付近の領域しか熱処理を必要としないので、非常に好都合である。

【0069】

[0089]放射の線が固定ポイントを越えてそこから離れるにつれて、参照番号５１４で示すように、温度が急激に降下する。これも、基板がヒートシンクとして働いて、上面の熱を、残りの冷えた基板全体にわたり拡散するからである。これは、基板全体を同時に加熱するＲＴＰのような従来の熱システムではなし得なかったことである。というのは、基板全体が高温度となるために、冷えた領域へ熱を容易に消散できないからである。実際に、図５に示す時間スケールではＲＴＰと比較ができない。というのは、重畳するＲＴＰグラフは、１１００℃でほぼ平坦な平面となって約１秒間延びるからである。１秒は、図５に示す時間周期より４００倍も大きい。

【0070】

[0090]それ故、従来のプロセスとは異なり、本発明は、基板の表面を所定の電力密度で所定の時間中（約１ミリ秒間）加熱して、基板の表面が、好ましくは５００℃未満の周囲温度（Ｔ_Ａ）から、好ましくは７００℃より高いプロセス温度（Ｔ_Ｐ）へと加熱されるようにする。同時に、表面から所定深さの温度（Ｔ_Ｄ）は、周囲温度に、プロセス温度から周囲温度を引いたものの半分を加えたものより低く保たれ、即ちＴ_Ｄ≦Ｔ_Ａ＋（Ｔ_Ｐ−Ｔ_Ａ）／２である。この所定の深さは、当該深さの約１０倍であり、即ちＳｉにおけるデバイス構造体の最大深さの１０倍である。典型的なＳｉ基板では、デバイス構造体の最大深さが約３ミクロンである。

【0071】

[0091]基板の大部分へ熱をこのように伝達すると、局部的に強い熱吸収領域から弱い熱吸収領域へ熱が拡散するに充分な時間があるので、均質な熱露出が促進される。また、パターン密度の効果は、ＲＴＰに匹敵するものである。しかしながら、時間スケールは、熱伝達の拡散深さを、ＲＴＰの場合のように基板の数百ミクロン厚みではなく、数ミクロンに制限するに充分なほど短く、従って、全所要電力が相当に減少される。基板の大部分は、著しく加熱されず、温度ランプダウンのための理想的なヒートシンクとなる。

【0072】

[0092]従来のレーザアニールシステムの１つの問題は、基板の比較的小さなエリアを急速に加熱することにより応力に関連した欠陥が生じることである。それ故、実験を行なって、本発明の熱束処理が応力に関連した欠陥を基板に生じさせるかどうかテストした。ピーク応力は、最大温度ではなく、最大温度付近で生じる。放射の線が適当に細く且つ加熱の深さが適当に浅い場合には、最大熱勾配の領域を最高温度の領域から変位させて、スリップ窓を増加し、欠陥を減少することができる。この実験の間に、ピーク電力密度が６０ｋＷ／ｃｍ^２で、幅が４００ミクロンの放射の線のもとで、サンプルを２０ｃｍ／において走査した。本発明は、ピーク熱勾配をピーク温度から変位することができ、従って、位置ずれを招くことなく、１ｋｅＶの硼素インプラントで７０ｎｍのノードに適した超浅接合（ＵＳＪ）形成を行うことができる。典型的なインプラント関連欠陥しか観察されなかった。

【0073】

[0093]図６は、本発明の別の実施形態により基板上に層を堆積するための装置６００を示す概略側面図である。この装置６００は、図２Ａ及び図２Ｂに示された装置２００、並びに図３に示された装置３００と同様である。図２Ａ及び図２Ｂに示されたものと同じ要素は、同じ参照番号を有する。更に、装置６００は、ＣＶＤ、ＡＬＤ等の堆積プロセスを実行するのに使用されてもよい。

【0074】

[0094]図２Ａ及び図２Ｂに関連して上述した要素に加えて、装置６００は、多数の要素が収容された反応チャンバー６０２を示している。少なくとも１つの注入器６０４を使用して、１つ以上のガス６１６を反応チャンバー６０２に導入し、又は注入する。ガス注入器６０４は、好ましくは、１つ以上のガスソース６１２（１）−（Ｎ）を備え、これらは、ダクト６１０によりガスマニホールド６０６の１つ以上のガス導入口６０８に流体結合される。ガス注入器６０４は、反応チャンバー６０２内のいかなる適当な位置に配置されてもよい。例えば、ガスは、反応チャンバーの側に注入されて、放射の線と基板の表面との間の相対的移動の方向に直交して基板の表面を横切って流れてもよいし、或いはガスは、図示されたように、基板の上から注入されてもよい。

【0075】

[0095]図６に示す実施形態では、連続波電磁放射は、コリメータによりコリメートされ、プリズム３０６により基板に向けて再指向され、次いで、レンズ２１０により線へと収束される。しかしながら、収束光学系２２０は、上述したように、エネルギーの線を基板２１４の上面２２４に収束できるいかなる適当な収束光学系を含んでもよいことが明らかであろう。更に、収束光学系は、チャンバーの外部に配置されてもよく、この場合、放射は透明窓を経てチャンバーへと通過されることが明らかであろう。更に、チャンバー及び／又はガスソースは、いかなる適当な形状及び／又は構成をとってもよい。

【0076】

[0096]図７は、図６に示す本発明の実施形態により基板に１つ以上の層を堆積するための方法を示すフローチャート７００である。７０２において、基板２１４（図６）が反応チャンバー６０２（図６）に配置される。層６１４（図６）に必要な原子又は分子を含むアンモニア（ＮＨ_３）及びジクロロシラン（ＤＣＳ）のような１つ以上のガス６１６（図６）が、７０４において、基板２１４（図６）を収容する反応チャンバー６０２（図６）に導入される。

【0077】

[0097]以下に述べるように、放射の線２２２（図６）を並進移動する所定の速度が、７０６において、決定される。この所定の速度は、基板を処理するための熱レシピ、基板の特性、連続波電磁放射の電力、この放射の線の幅、放射の線における電力密度、等の多数のファクタに基づくものである。好ましい実施形態では、この所定の速度は、約２ｃｍ／ｓである。

【0078】

[0098]次いで、７０８において、連続波電磁放射が、上述したように、連続波電磁放射ソース２０２（図６）から放出される。連続波電磁放射は、７１０において、コリメータ２０６（図６）によりコリメートされるのが好ましい。

【0079】

[0099]連続波電磁放射は、その後、７１２において、基板の上面２２４（図６）を横切って延びる放射の線２２２（図６）へと収束される。好ましい実施形態では、放射の線の幅２２８（図６）は、約３５ミクロン幅である。次いで、放射の線は、７１４において、前記決定された一定の所定速度で表面に対して並進移動される。この並進移動は、コントローラ２２６（図６）の制御のもとで、並進移動メカニズム２１８（図６）により行なわれる。

【0080】

[0100]導入されたガス（１つ又は複数）６１６（図６）と、放射の線により発生された熱との結合で、少なくとも１つのガス６１６が反応し、基板の表面に層６１４（図６）を堆積させる。この反応は、ガスとガスとの間の化学反応、１つ以上のガスの分解等でよい。望ましからぬ反応副産物は、７１６において、反応チャンバーからフラッシュされる。

【0081】

[0101]このプロセスは、所定の厚みをもつ層６１４（図６）が基板２１４（図６）の上面２２４（図６）に形成されるまで繰り返される。所定の走査速度は、膜／層を構成するのに何回もの走査が必要とされるので、上述した熱束アニールに必要な速度より速いのが好ましい。通常、各堆積層は、８から１０Åである。必要とされる膜／層は、フラッシュメモリに使用されるトンネル酸化物の２０Åから、スペーサ用途の１５００Åまで変化する。それ故、好ましい走査速度は、一般に、数ｃｍ／ｓから約１ｍ／ｓの範囲である。好ましい線幅２２８（図６）は、上述したものと同じである。

【0082】

[0102]化学的反応は、連続波電磁放射又は放射の線を調整することで基板表面の温度を制御し、反応チャンバーに導入されるガス（１つ又は複数）の量及び／又は比を制御し、更に、反応チャンバー内の圧力を制御することにより、制御される。

【0083】

[0103]上述した方法は、基板表面を適度な温度に１ミリ秒以内に加熱することができる。更に、正に表面付近のガスが放射の線により加熱されるので、ガスの反応は、表面又はその付近のみで生じる。放射の線が動き続けるので加熱は非常に短時間であり、従って、正に表面付近のガスしか反応しない。表面から離れたところのガスは決して高温にならないので、望ましからぬ気相反応は防止される。これは、基板表面から離れたところに望ましからぬ気相反応を招くことなく、多数のガスを同時に注入するのを許容する。

【0084】

[0104]好ましい実施形態では、上述した方法は、数トル（Torr）から、大気圧より高い圧力までの圧力で実行されるが、大気圧が好ましい。図８は、シミュレーションの結果を示すもので、この短い時間スケールにおいてこのような圧力で反応物の充分な分解が生じ得ることを示している。また、好ましい実施形態では、放射の線の温度は、堆積されている膜／層に依存するが、一般的に６００から９００℃の範囲である。

【0085】

[0105]図８は、図６に示された本発明の実施形態により８５０℃及び７４０Torrにおいてシランを分解するためのモンテカルロシミュレーションの結果を示すグラフ８００である。低圧力でのこのシミュレーションは、参考としてここに援用するマイヤーソン、スコット及びツイ著のＣｈｅｍｔｒｏｎｉｃｓ１（１９８６年）１５０により公表された決定論的モデルを複製するものである。

【0086】

[0106]このグラフ８００は、典型的なＣＶＤガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ）のようなシランが、基板表面に堆積するのに必要な分子へと分解することを示している。分解は、ほぼ大気圧である７４０Torr及び８５０℃の温度で生じる。この温度及び圧力で分解が生じる全時間は、約６ｘ１０^−４秒である。この温度及び走査速度は、本発明でしかなし得ない。というのは、従来の方法では、反応が生じるに充分な時間を与えながら、このような短い時間内にこのような高い温度を達成することができないからである。

【0087】

[0107]基板上に層を堆積するための前記装置及び方法は、多数の効果を発揮する。例えば、高温度で費やされる時間が短いためにプロセスの熱履歴が低い。

【0088】

[0108]更に、放射の線が基板の表面に熱を印加するだけであるので、ガスの反応は表面にしか生じない。これは、気相搬送制限の低下を招く。また、これは、表面から離れたところでの気相反応の低下も招き、基板表面に望ましからぬ粒子が形成されるのを回避する。更に、この方法は、大気圧で行うことができ、シランのような反応物の高速分解を生じさせ、これにより、高い堆積率を可能にする。

【0089】

[0109]図９Ａは、本発明の更に別の実施形態により基板を熱処理するための更に別の装置９００を示す側面図である。この装置９００は、図２Ａ及び２Ｂに示された装置２００、図３に示された装置３００、及び図６に示された装置６００と同様である。同様の名称をもつ要素は、同様であるが、以下に相違点を説明する。

【0090】

[0110]この装置９００は、連続波電磁放射モジュール９０２と、基板９０６を受け取るように構成されたステージ９０４と、このステージ９０４及び連続波電磁放射モジュール９０２を互いに移動するための並進移動メカニズム（図示せず）とを備えている。連続波電磁放射モジュール９０２は、少なくとも１つの連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）と、この連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）と基板９０６との間に配置された光学系９１０（Ａ＋Ｂ）とを含むのが好ましい。上述したように、基板９０６は、単結晶シリコン基板、シリコン・オン・インスレータ（ＳＯＩ）、シリコンゲルマニウム又はその合金、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造するのに使用されるシリコン層を伴うガラス又は石英基板、等のような適当な基板である。

【0091】

[0111]連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）は、図２Ａを参照して説明した連続波電磁放射ソース２０２と同様である。好ましい実施形態では、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）は、９ｋＷまでの放射を発生し、これは、光学系９１０（Ａ＋Ｂ）により基板表面上の放射の線へと収束され、この放射の線は、幅が３０ミクロンで、長さが少なくとも３００ｍｍである。また、好ましい実施形態では、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）は、装置９００の片側に１５個のレーザダイオードモジュール９０８（Ａ）を含むと共に、装置９００の他側に１６個のレーザダイオードモジュール９０８（Ｂ）を含む。レーザダイオードモジュール９０８（Ａ）は、図９Ｂに示すように、レーザダイオードモジュール９０８（Ｂ）に対して食い違わされており、即ちレーザダイオードモジュール９０８（Ａ）から放出された放射は、レーザダイオードモジュール９０８（Ｂ）から放出された放射とインターデジテートする。また、好ましい実施形態では、対向するレーザダイオードモジュールの各セットは、１つ以上の電源９１６に電気的に結合される。或いは又、各単一のレーザダイオードモジュール、又はレーザダイオードモジュールの組合せが、１つ以上の電源により通電されてもよい。電源９１６は、コンピュータシステム９１４に電気的に結合される。

【0092】

[0112]好ましい実施形態では、この技術で良く理解されるように、水のような冷却流体が、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）内に循環されて、これを冷えた状態に保持する。

【0093】

[0113]光学系９１０（Ａ＋Ｂ）は、上述した収束光学系と同様の収束光学系９１０（Ａ）と、インターリーブ合成器９１０（Ｂ）とを備えている。インターリーブ合成器９１０（Ｂ）は、図１０を参照して以下に説明し、一方、収束光学系９１０（Ａ）は、図１１を参照して以下に説明する。

【0094】

[0114]また、装置９００は、図１１を参照して以下に説明するように、コンピュータシステム９１４に結合された検出モジュール９１２（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）も含むのが好ましい。

【0095】

[0115]コンピュータシステム９１４は、図１３を参照して以下に説明する方法を実行するための命令及び／又は手順を含む。

【0096】

[0116]図９Ｃは、本発明の更に別の実施形態により基板９６２を熱処理するための更に別の装置９５０を示す後面図である。この実施形態では、連続波電磁放射の線は、基板９６２の幅全体を横切って延びず、むしろ、基板の直径又は幅の一部分を横切って延びるだけである。換言すれば、連続波電磁放射の線は、その長さ９６０が基板の直径又は幅９６８より短い。

【0097】

[0117]使用中に、連続波電磁放射の線は、基板表面を横切って２回以上の走査を行うのが好ましい。各次々の走査は、線の長さに沿った熱露出均一性が改善されるように、その前に走査されたエリアに重畳するのが好ましい。線シフトメカニズム９６６を使用して、連続波電磁放射の線と基板を線の長さに沿って互いにシフトし、即ち線の長さに実質的に共線的に且つ走査方向に実質的に垂直にシフトする。この重畳は、ＲＴＰに使用される回転式平均化と同様に基板上の全てのポイントの熱露出を平均化する。

【0098】

[0118]線シフトメカニズム９６６は、連続波電磁放射モジュール（放射ソース９５４及びレンズ９５６）を並進移動して、連続波電磁放射の線を基板に対して並進移動するのが好ましい。或いは又、ステージ９６４が線に対して並進移動されてもよく、或いは線及びステージの両方が互いに並進移動されてもよい。

【0099】

[0119]更に、このような実施形態では、連続波電磁放射の線の長さ９６０が基板９６２の直径又は幅の一部分を横切って延びるだけでよいので、少数のレーザダイオードモジュール９６６しか必要とされない。例えば、３つの対向するレーザダイオードモジュール９６６の間に２つのレーザダイオードモジュールがインターリーブされてもよい。

【0100】

[0120]図１０は、図９Ａ及び９Ｂに示されたインターリーブ合成器９１０（Ｂ）の概略側面図である。インターリーブ合成器９１０（Ｂ）は、光学系９１０（Ａ＋Ｂ）の一部分を形成し、以下に説明するように、放出された連続波電磁放射の充満比を改善するように使用される。好ましい実施形態では、インターリーブ合成器９１０（Ｂ）は、インターリーブプリズムアッセンブリである。

【0101】

[0121]更に、装置９００（図９Ａ及び９Ｂ）の好ましい実施形態は、各レーザダイオードモジュール９０８（Ａ）又は９０８（Ｂ）の高速軸出力をコリメートするためにマイクロレンズ（図示せず）を備えている。この好ましい実施形態では、各レーザダイオードモジュールのピッチ１００２は、２．２ｍｍであり、一方、高速軸コリメートマイクロレンズのアパーチャー１００４は、０．９ｍｍである。充満比とは、連続波電磁放射に露出される面積を、連続波電磁放射モジュールの全面積で除算したものである。それ故、例えば、レンズ系が、長さ１ｃｍｘ幅９００ミクロンのビームフットプリントを与え、更に、各レーザダイオードモジュールのピッチが２．２ｍｍである場合には、充満比が９００ミクロン／２．２ｍｍ即ち４１％であり、即ち連続波電磁放射モジュールの放出面積の４１％しか実際に連続波電磁放射を放出せず、一方、レーザモジュールの面のスペース又は面積の５９％が暗である。この暗エリアは、長さ１ｃｍｘ幅１．３ｍｍ（２．２−０．９）である。これは、連続波電磁放射が存在しない実質的に空のエリアを招く。

【0102】

[0122]光学性能を改善するために、充満比がインターリーブ合成器９１０（Ｂ）により増加されるのが好ましく、従って、より小さな後続の一連のレンズ９１０（Ａ＋Ｂ）（図９Ａ及び９Ｂ）を必要とする。好ましい実施形態では、インターリーブ合成器９１０（Ｂ）は、充満比を２倍にする。例えば、第４及び第５レーザダイオードモジュールから出力された連続波電磁放射は、図１０に示すように、第２及び第３レーザダイオードモジュールから放出された連続波電磁放射の間にインターリーブされる。従って、電力出力は、５個のレーザダイオードバーを３個のレーザダイオードバーのスペースに圧縮したものである。これは、その後のビーム伸張及び収束を容易にし、適度に高い電力密度を得られるようにする。

【0103】

[0123]好ましい実施形態では、インターリーブ合成器９１０（Ｂ）は、連続波電磁放射の波長において反射を向上させるためにＢＫ７又は溶融シリカのような適当な光学ガラスに多層誘電体ミラーを使用している。

【0104】

[0124]図１１は、収束光学系９１０（Ａ）及び検出モジュール９１２（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の詳細な断面側面図である。収束光学系９１０（Ａ）の目的は、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）（図９Ａ及び図９Ｂ）から放出された連続波電磁放射を、基板９０６の表面上で連続波放射の線へと収束することである。好ましい実施形態では、収束光学系９１０（Ａ）は、Ａ−Ｇと示された一連の７個のレンズを含む。レンズＡ−Ｇは、全て、球形状又は平面形状をもつ円柱状レンズであるのが好ましい。球形状をもつこのような円柱状レンズは、非球形状をもつ円柱状レンズに比して製造が比較的容易で且つコストが安いことから選択される。しかしながら、別の実施形態では、少数の非球状レンズ、又は非球形状をもつ円柱状レンズを、図示された球形状又は平面形状をもつ７個の円柱状レンズに置き換えることもできる。更に、連続波電磁放射の線へ収束するのとは別に、円柱状レンズ全体で光学的収差を著しく減少する。

【0105】

[0125]また、好ましい実施形態では、レンズＡは、光学的にほぼ平坦な入口側と円柱状の出口側とを有する伸張レンズである。伸張レンズは、インターリーブ合成器９１０（Ｂ）（図９Ａ及び図９Ｂ）により凝縮された連続波電磁放射を伸張し、その後、残りの集束レンズＢ−Ｇにより収束するのに使用される。例えば、好ましい実施形態では、連続波電磁放射のビームは、２０ｍｍ幅へと伸張され、高速軸の発散は、０．１°未満へと減少される。発散の減少で、狭い線幅を得ることができる。更に、広いビームは、開口数０．４に対して受け入れられる作用距離を得られるようにする。残りのレンズＢ−Ｇにより収束されると、それにより生じるビームは、基板９０６の表面において約３０ミクロンになる。

【0106】

[0126]最後のレンズＧは、光学的にほぼ平坦な対向する入口側及び出口側を有し、レンズ環境からウェハ環境を分離するための単なるクオーツ窓として働くだけである。また、これは、焦点を放射ソースから若干離れるようにシフトする。

【0107】

[0127]好ましい実施形態では、窓から基板までの距離は、約８ｍｍである。また、好ましい実施形態では、レンズＡ−Ｇは、次の処方データを有する。

【0108】

【表1】

但し、半径及び厚みは、ミリメーターである。「表面」は、レンズの表面を指し、ここで、「ｅｎｔｒｙ」は、レンズの入口面を指し、「ｅｘｉｔ」は、レンズの出口面を指す。材料は、レンズが作られた材料を指す。「Ｘ」、「ＡＸ」及び「ＳＸ」データは、アパーチャーの形状、即ち長方形又は楕円を指し、ここで、「Ｘ」は、特殊なアパーチャーデータを意味し、「Ｓ」は、手前のカラムのアパーチャー半径数が、指定されるのではなく、計算されることを意味し、「Ａ」は、アパーチャー絞り、基本的には、線が通過できねばならない窓を意味する。例えば、レンズＡ（図１１）の入口面「Ａ_{ｅｎｔｒｙ}」は、半径が０ミリメーター、即ち平坦であり、厚みが３ｍｍであり、アパーチャー半径が４ｍｍであり、長方形の形状で、且つＢＫ７ガラスで作られている。前記チャートは、Ｓｉｎｃｌａｉｒ Ｏｐｔｉｃ’ｓ ＯＳＬＯ（登録商標）レイトレーシングソフトウェアを使用して作成されたものである。

【0109】

[0128]レンズＡ−Ｇは、フレーム１１０２により収束光学系９１０（Ａ）内に位置保持されるのが好ましい。好ましい実施形態では、フレーム１１０２は、加工されたステンレススチールで作られる。また、フレーム１１０２は、レンズが使用中に整列ずれして、この整列ずれが単に焦点の線を基板表面に向って又はそこから離れてシフトする（或いは横方向に移動する）だけである場合には、健全なシステムを保証するためにある程度の公差も含むことが好ましい。この焦点のシフトは、図１４Ａ−Ｄに関連して以下に述べるように、自動収束システムにより調整される。更に、好ましい使用の間に、パージガスがフレームへ圧送されて、ガス注入器１１０４を通してレンズ間のスペース１１０８へと圧送され、レンズを冷えた状態に保持する。このパージガスは、室温（レンズに結露が生じるのを回避するために）における窒素であるのが好ましい。

【0110】

[0129]検出モジュール９１２（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）は、少なくとも１つの反射電力検出器９１２（Ａ）、少なくとも１つの放出電力検出器９１２（Ｂ）、及び／又は少なくとも１つのビームスプリッタ９１２（Ｃ）を含むのが好ましい。放出電力検出器９１２（Ｂ）は、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）（図９Ａ及び９Ｂ）から放出された放出連続波電磁放射の一部分を検出するように構成され、一方、反射電力検出器９１２（Ａ）は、基板９０６の表面から反射された反射連続波電磁放射の一部分を検出するように構成される。放出電力検出器９１２（Ｂ）は、連続波電磁放射ソースの出力を監視し、一方、反射電力検出器９１２（Ａ）は、反射率、放出率、基板により吸収されたエネルギー、及び／又は基板の温度を検出するのに使用される。放出電力検出器９１２（Ｂ）及び反射電力検出器９１２（Ａ）は、ハママツにより製造されたものが適当である。

【0111】

[0130]ビームスプリッタ９１２（Ｃ）は、その第１の実質的に平坦な表面に入射する放出連続波電磁放射の一部分を放出電力検出器９１２（Ｂ）に向かって反射することにより放出連続波電磁放射の一部分をサンプルするように構成される。好ましい実施形態では、その第１の平坦な表面とは反対の、ビームスプリッタ９１２（Ｃ）の第２の平坦な表面を使用して、基板の表面から反射された連続波電磁放射を、反射電力検出器９１２（Ａ）に向けて反射する。ビームスプリッタは、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）とステージ９０４（図９Ａ及び９Ｂ）との間に配置されるのが好ましい。また、ビームスプリッタ９１２（Ｃ）は、ＭｇＦのような反射防止コーティングが被覆されるのが好ましい。使用中に、ビームスプリッタ９１２（Ｃ）は、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）により放出された連続波電磁放射の１％未満を反射又はサンプリングする。

【0112】

[0131]使用中に、検出された放出電力と検出された反射電力との比は、基板における吸収の測定値を与える。吸収は、放射エネルギーが吸収されて、熱のような他の形式のエネルギーへ変換され、次いで、熱放射に対するプランクの法則に基づいて、より長い波長で再放射される。

【0113】

[0132]好ましい実施形態では、放出電力検出器９１２（Ｂ）及び反射電力検出器９１２（Ａ）が、８１０ｎｍの連続波電磁放射を検出する。また、好ましい実施形態では、少なくとも１つの検出器９１２（Ａ）は、連続波電磁放射の線において基板の温度を検出するための温度検出器として構成される。温度を検出するために、温度検出器は、８１０ｎｍ以外の波長、例えば、１５００ｎｍにおける連続波電磁放射を検出する。これは、反射された連続波電磁放射と検出器９１２（Ａ）との間にフィルタ１１０６を配置することにより達成される。このフィルタ１１０６は、８１０ｎｍ以外の波長を有する連続波電磁放射のみが検出器９１２（Ａ）に到達して、それが光学的高温計として働くのを許容すると共に、検出される信号が放出信号であって、光源からの反射ではないよう保証するように構成される。換言すれば、８１０ｎｍ以外の波長をもつのは、反射された放射だけである。好ましい実施形態では、フィルタは、９００ｎｍから２０００ｎｍにおいて光学的高温計の動作を許容するように構成され、１５００ｎｍが好ましい波長である。しかしながら、この温度測定は、放出率の変化に影響され易い。

【0114】

[0133]また、反射電力検出器９１２（Ａ）及び放出電力検出器９１２（Ｂ）は、装置内のレンズが非ゼロ反射率であるために光学系内に散乱されることのある漂遊放射の収集を最小にしながら、検出される信号を最大にするためのピンホールアパーチャーを含むのが好ましい。

【0115】

[0134]１５個及び１６個の対向するレーザダイオードモジュールを含む好ましい実施形態では、１５対の反射電力検出器９１２（Ａ）及び放出電力検出器９１２（Ｂ）が設けられるのが好ましい。１つおきの反射電力検出器９１２（Ａ）は、上述したように、温度検出器として構成されるのが好ましい。

【0116】

[0135]また、別の実施形態では、反射器１１１０が収束光学系９１０（Ａ）と基板９０６との間に配置される。この反射器１１１０は、基板の表面から反射された放射を、連続波電磁放射の線へ反射して戻すように構成される。好ましい実施形態では、反射器１１１０は、曲率の中心がレンズの焦点に位置する円筒状ミラーである。

【0117】

[0136]図１２は、図９Ａ及び図９Ｂに示された装置９００の原型を示す等尺図である。明らかなように、半導体ウェハのような基板がチャンバー１２０２内でステージ９０４に配置される。連続波電磁放射モジュール９０２がチャンバー１２０２に結合される。更に、並進移動メカニズム２１８（図２）のような並進移動メカニズムが、ステージ９０４を、矢印１２０６で示すように、連続波電磁放射モジュール９０２に対して移動する。コンピュータシステム９１４（図９Ａ及び図９Ｂ）のような幾つかの電子装置がハウジング１２１０内に収容される。装置９００は、基板９０６をこの装置９００へ又はこの装置９００から移送するためにファクトリーインターフェイス１２０８に結合されるのが好ましい。

【0118】

[0137]図１３は、熱プロセスを制御する方法１３２０のフローチャートである。この方法１３２０がステップ１３２２で開始されると、基板が、ステップ１３２３において、ステージ上で方向付けされ、その後の走査方向が、熱プロセスを最適に行えるものとなるようにする。これを行なうのは、基板の方向が異なると、機械的特性が異なり、収率の強さが、ある方向が別の方向より高くなり得るからである。一般に、結晶化の方向を示すために基板にノッチが設けられる。基板９０４（図９Ａ及び図９Ｂ）の表面には、任意であるが、ステップ１３２４において、熱的向上層が被覆されてもよい。この熱的向上層は、酸化物の緩衝層の上に、高い吸収特性をもつ材料、例えば、ドープされたポリシリコン又は窒化シリコンを設けることにより作られるか、及び／又は反射防止特性をもつ材料から作られる。この熱的向上層は、基板表面の状態に対して不感性を生じさせるのに役立つ。例えば、基板の表面が、反射性が強いか又は非均一である場合には、この熱的向上層は、基板の実質的に均質な熱露出を維持する上で役立つ。

【0119】

[0138]次いで、基板は、ステップ１３２６において、連続波放射モジュール９０２（図９Ａ及び図９Ｂ）から放出された連続波電磁放射の線で照射され、これにより、基板の表面を所定の電力密度で所定長さの時間中加熱する。所定の電力密度は、３０ｋＷ／ｃｍ^２より高いのが好ましく（好ましくは１００ｋＷ／ｃｍ^２）、所定の時間は、１００マイクロ秒から１００ミリ秒であるのが好ましい（好ましくは約１ミリ秒）。これは、基板の表面を、約５００℃未満の周囲温度から、約７００℃より高いプロセス温度へ加熱する。Ｓｉにおけるデバイス構造体の最大深さの１０倍のような、表面から所定の深さにおける温度は、周囲温度に、プロセス温度から周囲温度を引いたものの半分を加えたものより低く保たれる。

【0120】

[0139]上述したように、連続波電磁放射の線は、基板の表面全体を横切って延びてもよいし、その一部分を横切って延びてもよい。

【0121】

[0140]反射器１１１０（図１１）を有する実施形態では、反射器に向けられた反射又は散乱された光が、ステップ１３２８において、放射の線に向って反射されて戻される。

【0122】

[0141]次いで、放出電力が、ステップ１３３０において、放出電力検出器（１つ又は複数）９１２（Ｂ）により測定されて、コンピュータシステム９１４（図９Ａ及び図９Ｂ）へ送信される。次いで、反射電力が、ステップ１３３２において、反射電力検出器９１２（Ａ）により測定されて、コンピュータシステム９１４（図９Ａ及び９Ｂ）へ送信される。コンピュータシステム９１４（図９Ａ及び図９Ｂ）は、ステップ１３３４において、反射電力を放出電力と比較し、それに応じて、ステップ１３３６において、連続波電磁放射ソースへ供給される電力を制御する。例えば、連続波電磁放射ソースは、同じ放出電力で異なる基板を異なる仕方で加熱してもよい。コンピュータシステムは、電源９１６（図９Ａ及び図９Ｂ）の電力を制御し、これは、次いで、個々のレーザダイオードモジュールを制御するか、レーザダイオードモジュールのセットを制御するか、又は全てのレーザダイオードモジュールを同時に制御してもよい。このように、個々のレーザダイオードモジュール、又はレーザダイオードモジュール（又はゾーン）の組み合わせをリアルタイムで制御してもよい。

【0123】

[0142]別の実施形態では、測定された放出電力及び反射電力に基づいて、調整メカニズム（図１４Ａ−Ｄを参照して以下に述べる）が、ステップ１３３５において、ステージの高さをリアルタイムで調整することができる。ステージの高さを調整すると、基板の表面を焦点に入れたり出したりすることができ、これにより、基板の表面における連続波電磁放射の線の電力密度を、全電力とは独立して制御することができる。

【0124】

[0143]次いで、ステップ１３３８において、測定された反射電力及び放出電力を使用して、基板の反射率、基板の放射率、基板により吸収されたエネルギー及び／又は基板の温度を計算してもよい。反射率は、反射電力を放出電力で除算したものに比例する。ウェハからの熱放出信号は、連続波電磁放射ソースより長い波長において光学系及びインターリーブ合成器により光学的に測定される。

【0125】

[0144]同様に、温度は、放射電力から反射電力を引いたものに等しい吸収電力に比例する。計算された真の温度は、検出器の校正を受けた反射電力と放出電力との差から導出される。厳密な方法は、この技術で良く理解されているように、ＲＴＰに使用される既存の放出率補償構成と同様である。これらの計算は、米国特許第６，４０６，１７９号、第６，２２６，４５３号、第６，１８３，１３０号、第６，１７９，４６６号、第６，１７９，４６５号、第６，１５１，４４６号、第６，０８６，２４５号、第６，０５６，４３３号、第６，００７，２４１号、第５，９３８，３３５号、第５，８４８，８４２号、第５，７５５，５１１号、第５，６６０，４７２号に説明されており、これら特許は、全て、参考としてここに援用するものである。

【0126】

[0145]熱的向上層は、もしこれが設けられていれば、通常、ステップ１３４０において除去される。

【0127】

[0146]更に、別の実施形態では、オーバー走査により熱露出均一性を改善することができる。オーバー走査は、基板の幅より長い放射の線を使用する。各走査の後に、放射の線は、ステップ１３４１において、その長さに沿って若干シフトされ、低速軸均一性が時間と共に低下する場合に全熱均一性が改善される。線をシフトすることで、基板の熱露出が効果的に平均化される。

【0128】

[0147]図１４Ａは、自動収束メカニズム１４００の部分断面側面図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示されたツール基板及びステージ１４１４の、１４Ｂ−１４Ｂ’線に沿った上面図である。自動収束メカニズム１４００は、連続波電磁放射モジュール９０２から基板の上面に連続波電磁放射の線を収束するのに使用される。

【0129】

[0148]収束メカニズム１４００は、ステージ１４１４に埋設された多数のフォトダイオードセンサ１４０８を含むのが好ましい。フォトダイオードセンサ１４０８の各々は、コントローラ１４０４に電気的に結合される。好ましい実施形態では、５個のフォトダイオードセンサ１４０８が設けられるが、一般的には、以下に述べるように、ピッチ（Ｘ軸の周り）、ロール（Ｙ軸の周り）及び高さ（Ｚ軸に沿った）の変化を考慮するために少なくとも３個のフォトダイオードセンサ１４０８を設けなければならない。フォトダイオードセンサ１４０８は、システムの設定中に、ツール基板の上面が連続波電磁放射ソースの焦点面にあることを確認するために使用される。

【0130】

[0149]好ましい実施形態では、中央のフォトダイオードセンサは、ステージの高さの設定に使用され、この中央のフォトダイオードセンサの左右のフォトダイオードセンサは、ステージのチルト即ちロール（Ｙ軸の周りの回転）を実質的に排除するために使用される。先端及び後端のフォトダイオードセンサは、ステージのチップ即ちピッチ（Ｘ軸の周りの回転）を排除するために使用される。調整は、フォトダイオードセンサの信号を最大にすることに基づいて行なわれる。

【0131】

[0150]このような確認には、基板ロードロボットによりステージ１４１４にツール基板１４１２をロードすることが必要である。このツール基板１４１２は、各フォトダイオードセンサ１４１０の真上にピンホールアパーチャー１４１０を有する。これらピンホールアパーチャーは、その直径が線の幅より小さく、せいぜい焦点の幅である。

【0132】

[0151]また、コントローラ１４０４は、調整メカニズム１４０２にも結合される。この調整メカニズム１４０２は、連続波電磁放射の線をツール基板の表面に収束するためにコントローラにより要求されるように、ステージ１４１４を上昇又は下降し（Ｚ軸に沿って）、ピッチを調整し（Ｘ軸の周りで）、又はロールを調整する（Ｙ軸の周りで）ように構成される。

【0133】

[0152]好ましい実施形態では、調整メカニズム１４０２は、少なくとも３つのラック・ピニオン駆動装置１４０６を備え、その各々は、ラック・ピニオン駆動装置のスクリューの一端においてステージに回転可能に結合される。使用中に、３つのラック・ピニオン駆動装置１４０６が全部一緒に上昇又は下降された場合には、ステージ９０４も上昇又は下降される。しかしながら、個々のラック・ピニオン駆動装置１４０６が下降又は上昇された場合には、ステージのピッチ及びロールを調整することができる。しかしながら、いかなる適当な調整機構１４０２を使用してもよいことが明らかであろう。

【0134】

[0153]また、コントローラ１４０４は、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）とステージ９０４とを互いに移動するための並進移動メカニズム２１８にも結合される。

【0135】

[0154]図１４Ｃは、基板の上面に連続波電磁放射の線を自動的に収束するための方法を示すフローチャート１４２０である。この方法がステップ１４２２において開始されると、ステップ１４２４においてツール基板１４１２（図１４Ａ）がステージに配置される。次いで、連続波電磁放射ソース９０８（Ａ＋Ｂ）は、ステップ１４２６において、第１のフォトダイオードセンサ１４０８（図１４Ａ）、例えば、ツール基板の中央部の下に配置された中央のフォトダイオードに放射を与える。この第１のフォトダイオードセンサは、絶対高さの調整に使用される測定値を与える。この第１のフォトダイオードセンサは、ステップ１４２８において、連続波電磁放射の強度を測定し、この強度をコントローラ１４０４（図１４Ａ）へ送信する。次いで、コントローラは、ステップ１４３０において、ステージの高さを調整するように調整メカニズム１４０２（図１４Ａ）に命令する。この高さは、光の線が第１フォトダイオードセンサの前方のアパーチャーにおける焦点に来るまで、調整メカニズムでステージ９０４（図１４Ａ）をＺ軸に沿って上昇または下降することにより調整される。

【0136】

[0155]次いで、コントローラは、ステップ１４３１において、連続波電磁放射モジュール及びステージを互いに並進移動して、次のフォトダイオードが放射の線に整列されるように、並進移動メカニズムに命令する。次のフォトダイオードセンサ１４０８（図１４Ａ）は、次いで、ステップ１４３２において照射される。このフォトダイオードセンサにおいて測定される連続波電磁放射の強度が、ステップ１４３４において測定されて、コントローラ１４０４（図１４Ａ）へ送信される。次いで、コントローラは、ステップ１４３６において、必要に応じて、Ｘ及びＹ軸の周りでステージを傾斜させることによりステージのピッチ及び／又はロールを調整するように調整メカニズム１４０２に命令し、光の線がこのフォトダイオードセンサにおける焦点に来るよう確保する。次いで、コントローラは、ステップ１４３８において、設定が完了したかどうか、即ち全てのフォトダイオードセンサから測定値が得られたかどうか決定する。この方法が完了しない場合には（１４３８−ノー）、次のフォトダイオードが放射の線に整列されるまで放射モジュールとステージが互いに並進移動されて、次のフォトダイオードがステップ１４３２において照射され、次いで、この方法は、光の線が基板の表面に沿った全てのポイントにおいて焦点に来るまで繰り返される。この方法が完了した場合には（１４３８−イエス）、ステップ１４４０においてプロセスが完了となる。

【0137】

[0156]このプロセスは、反復性であってもよい。或いは又、調整の前に全ての検出器に対してＺ方向の完全な走査を行うこともできる。このように、ツールウェハの平面が、焦点面に対してシステムに分かるようになる。このとき、３つのサーボが適切な調整を行なって、２つの平面を一致させる。

【0138】

[0157]好ましい実施形態では、高さが調整された後、ステージにチルト即ちロール状態がある場合は左右のフォトダイオードセンサを使用してこれらを異なる高さの焦点に入れたり出したりして、チルト即ちロールを排除する。チルト即ちロールが排除されると、基板を先縁フォトダイオードセンサへ移動し、別の経焦点(through focus)データセットを収集する。ピッチ即ちチップは、中央のフォトダイオードセンサと先縁のフォトダイオードセンサが同じ高さにおける同じ経焦点データを有するときにゼロ化される。後縁フォトダイオードセンサは、ステージが真に水平であることを確認するために使用される。

【0139】

[0158]図１４Ｄは、測定されたエネルギー密度（正規化された信号）１４５４と、アパーチャー１４１０（図１４Ａ）におけるステージの高さ、ゼロがせいぜい焦点、とを示すグラフ１４５０である。経焦点は、１４５２として示されている。明らかなように、光の線がアパーチャーに収束されたときには、１４５６において、エネルギー密度が最高になる。また、スポットサイズ、即ちエネルギーが拡散されるエリアも示されている。スポットは、レーザダイオードの像が焦点面内のどこにあるか示すものである。分析を簡単にするために、回転対称レンズを仮定し、即ち分析にスポットを使用するが線は使用しない理由はこれにある。しかしながら、実際には、スポットは、拡散する幅をもつ長い線であるのが好ましい。

【0140】

[0159]従って、収束メカニズム１４００（図１４Ａ）は、全ての基板に対して良好な焦点を保証する。また、熱レシピが、移動可能な光学系に依存する必要なく線の幅を変更するのを許容し、即ち連続波電磁放射ソースにより出力される全電力を調整せずにステージの高さを調整することにより基板の表面における電力密度を独立して調整することができる。

【0141】

[0160]更に、上述したシステム、装置又は方法は、いずれも、インプランテーション装置又はプラズマドーピング（ＰＬＡＤ）に使用されてもよい。また、上述した方法は、ＵＶ又はその付近で動作する高電力の連続波電磁放射レーザソースの使用を必要とする後端熱プロセスに使用されてもよい。このような後端熱プロセスが銅のリフローである場合には、このようなレーザソースにより発生される波長は、銅を含むほとんどの材料により強く吸収される。

【0142】

[0161]更に、上述した装置及び方法は、基板表面からホトレジストをエッチングするような等方性エッチング及び／又はアッシングに使用されてもよい。このような等方性エッチング及び／又はアッシングは、プラズマの使用を必要とせず、それ故、高温電子により生じるようなプラズマダメージの関連問題はいずれも生じない。

【0143】

[0162]更に、上述した装置及び方法は、全てのフラットパネルアニールに使用されてもよい。現在のレーザ再結晶化プロセスは、フラットパネルの表面を横切ってレーザスポットをラスタ走査する。再結晶化は、一般に、急速に進行し、従って、速度及びオーバー走査が重要なプロセス制御変数となる。しかしながら、本発明を使用すると、再結晶化は、広い連続的な前方部から進行し、再結晶化のための自由度が少ないために大きな粒子が形成される。しかしながら、本発明では、再結晶化が放射の線の前方及び後方にしか生じず、走査速度が重要な変数となる。

【0144】

[0163]更に、上述した装置及び方法は、アモルファス−結晶界面をａ−ｃとすれば、ａ−ｃ／Ｓｉ界面を越えて活性化して、ｐ−ｎ接合の漏洩を改善するのに使用されてもよい。現在のアニール方法に伴う問題は、元のａ−ｃ界面にある全ての欠陥がアニールされるのではないことである。これらの欠陥は、アモルファス化インプランテーションに対するエンド・オブ・レンジ（ＥＯＲ）欠陥である。これらの欠陥が、電圧を持続しなければならない接合（空乏領域）に留まる場合には、シリコンに対する規則的アレイの仮定が完全に至らず、漏洩が生じることになる。しかしながら、本発明では、ＥＯＲ欠陥を越えた深部へ接合を移動するに充分なほど熱露出を長くすることができる。パルスレーザは、短いパルス長さがマイクロ秒以下であるために拡散が生じ得ないので、これを行なうのに充分適していない。

【0145】

[0164]本発明の特定の実施形態の前記説明は、例示及び解説のためのものである。これらは、余すところのないものではなく、また、本発明を、ここに開示した正確な形態に限定するためのものでもない。明らかに、上述した技術に鑑み、多数の変更や修正が考えられる。例えば、連続波電磁放射を反射電力検出器９１２（Ａ）及び放出電力検出器９１２（Ｂ）の両方に向けて反射するために１つのビームスプリッタを説明したが、２つ以上のビームスプリッタが使用されてもよい。本発明の原理及びその実際の用途を最もよく説明し、これにより、当業者が、本発明、並びに意図された特定の使用に適するような種々の変更を伴う種々の実施形態を利用できるようにするために、前記実施形態を選択して説明した。更に、前記方法におけるステップの順序は、必ずしも、前記シーケンスで生じるように意図されていない。本発明は、特許請求の範囲及びその等効物により定義されるものとする。更に、前記参考文献は、参考としてここに援用するものである。

【符号の説明】

【0146】

２００・・・基板を熱処理する装置、２０１・・・連続波電磁放射モジュール、２０２・・・連続波電磁放射ソース、２０４・・・放射、２０６・・・コリメータ、２０８・・・コリメートされた放射、２１０・・・レンズ、２１６・・・ステージ、２１４・・・基板、２１８・・・並進移動メカニズム、２２０・・・収束光学系、２２２・・・放射の線、２２４・・・基板の上面、２２６・・・コントローラ、２２８・・・線の幅、２５２・・・弦、３００・・・基板を熱処理する別の装置、３０６・・・プリズム、３０８・・・光ファイバー、３２０・・・収束光学系、６００・・・基板に層を堆積する装置、６０２・・・反応チャンバー、６０４・・・注入器、６０６・・・ガスマニホールド、６０８・・・ガス導入口、６１６・・・ガス、６１０・・・ダクト、６１２・・・ガスソース、６１４・・・層、９００・・・基板を熱処理する更に別の装置、９０２・・・連続波電磁放射モジュール、９０４・・・ステージ、９０６・・・基板、９０８・・・連続波電磁放射ソース、９０８（Ａ）・・・レーザダイオードモジュール、９０８（Ｂ）・・・レーザダイオードモジュール、９１０・・・光学系、９１４・・・コンピュータシステム、９１６・・・電源、９５４・・・放射ソース、９５６・・・レンズ、９６２・・・基板、９６６・・・線シフトメカニズム

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】