特許 5800794 温度性能を向上させた、２本のビームによるレーザーアニール

(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】5800794

(24)【登録日】2015年9月4日

(45)【発行日】2015年10月28日

(54)【発明の名称】温度性能を向上させた、２本のビームによるレーザーアニール

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20151008BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20151008BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 J

   H01L21/268 T

   H01L21/265 602C

【請求項の数】26

【外国語出願】

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-287204(P2012-287204)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2013-157600(P2013-157600A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2013年10月10日

(31)【優先権主張番号】13/359,936

(32)【優先日】2012年1月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502400304

【氏名又は名称】ウルトラテック インク

(74)【代理人】

【識別番号】100136319

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 宏修

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100148275

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 聡

(72)【発明者】

【氏名】シェン、シャオフア

(72)【発明者】

【氏名】ワン、ユン

(72)【発明者】

【氏名】ワン、シャオル

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０３３３８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０３２８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３７３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０９３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４４１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１７９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５１０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０３３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路パターンが付された表面、および溶融温度を有する半導体基板のアニール方法であって、
前記回路パターン付きウエハ表面の一部について、第１波長による第１反射性マップおよび第２波長による第２反射性マップを測定する工程、
前記第１および第２反射性マップを用いて、前記第１波長を有する第１レーザービームの第１強度、および前記第２波長を有する第２レーザービームの第２強度をそれぞれ規定し、前記第１および第２レーザービームのそれぞれが半導体基板のアニール中に回路パターンが付された表面の一部を照射したときにおける表面温度変動の量を前記第１あるいは第２レーザービームのいずれか１つを用いて前記回路パターン付きウエハ表面の一部をアニールする場合に比べて低減する工程、
前記第１および第２強度をそれぞれ有する前記第１および第２レーザービームを用いて前記半導体基板を溶融させることなくアニールするために前記回路パターン付き表面の前記一部を照射する工程を有する方法。

【請求項2】

前記第１レーザービームを第１入射面に設定するとともに、前記第２レーザービームを第２入射面に設定することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１レーザービームおよび前記第２レーザービームで前記パターン付き表面の前記一部を走査する工程をさらに有する請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１強度は、前記回路パターン付きウエハ表面の前記一部を溶融温度以下で、かつ、前記溶融温度以下のアニール温度よりも低い予熱温度まで予熱するのに十分であり、また、
前記第２強度は、前記回路パターン付きウエハ表面を前記予熱温度から前記アニール温度まで加熱するのに十分である請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１波長は赤外線波長であり、前記第２波長は前記第１波長と異なる請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１レーザービームで前記回路パターン付き表面に予熱ライン像を規定する工程、および
前記第２レーザービームで前記回路パターン付き表面にアニールライン像を規定する工程をさらに有しており、
前記アニールライン像は、前記予熱ライン像内に完全に収まっている請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記回路パターン付き表面における領域のサイズに対応する長さを有するために、前記予熱ライン像の１つ、および、アニールライン像の少なくとも１つを用意する工程をさらに有する請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記回路パターン付き表面の前記一部への照射中に、前記第１および第２強度の少なくとも一方を変動させる工程をさらに有する請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記回路パターン付き表面の前記一部は、ウエハ構造体を含んでおり、また、
前記第１および第２強度は、さらに、ｉ）前記ウエハ構造体に関連するエッジダメージおよびｉｉ）ウエハスリップの少なくとも一方を最小化するように規定される請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記第２レーザービームは、前記ウエハ表面温度をアニール温度まで上昇させ、また、
ウエハ表面温度昇温量は、２００℃から８００℃の範囲にある請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記アニール温度は１，３００℃である請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１レーザービームは、前記表面温度を５００℃から１，１００℃の範囲に上げる請求項１に記載の方法。

【請求項13】

回路パターン付き表面および溶融温度を有する半導体基板の非溶融アニール方法であって、
前記回路パターン付き表面の一部について、第１波長による第１反射性マップおよび第２波長による第２反射性マップを測定する工程、
第１入射面に設定され、また、前記回路パターン付き表面を前記溶融温度以下で、かつ、アニール温度よりも低い予熱温度まで加熱する前記第１波長および第１強度を有する少なくとも１つの第１レーザービームで前記回路パターン付き表面を走査する工程、
第２入射面に設定され、また、前記回路パターン付き表面を前記予熱温度から前記アニール温度まで加熱する前記第２波長および第２強度を有する少なくとも１つの第２レーザービームで前記第１レーザービームと関連しながら前記回路パターン付き表面を走査する工程、および
エッジダメージおよびスリップ発生の少なくとも一方を最小化しつつ前記アニール温度まで達するように、前記第１および第２反射性マップに基づいて前記第１および第２強度を選択する工程を有する方法。

【請求項14】

前記第１波長は赤外線波長であり、また、前記第２波長は前記第１波長と異なる請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１レーザービームで前記回路パターン付き表面に予熱ライン像を規定する工程、および
前記第２レーザービームで前記回路パターン付き表面にアニールライン像を規定する工程を有しており、
前記アニールライン像は、前記予熱ライン像内に完全に収まっている請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記パターン付き表面における領域のサイズに対応する長さを有するように１つの前記予熱ライン像および少なくとも１つのアニールライン像を用意する工程をさらに有する請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１および第２レーザービームの走査中に前記第１レーザービームの前記第１強度および前記第２レーザービームの前記第２強度の少なくとも一方を変動させる工程をさらに有する請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記第２レーザービームは、前記回路パターン付き表面温度を前記アニール温度まで上昇させ、また、
前記回路パターン付き表面温度昇温量は、２００℃から８００℃の範囲にある請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記アニール温度は、１，３００℃である請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第１レーザービームは、前記回路パターン付き表面温度を５００℃から１，１００℃の範囲に昇温する請求項１３に記載の方法。

【請求項21】

回路パターン付き表面および溶融温度を有する半導体基板のアニール方法であって、
前記回路パターン付きウエハ表面の一部における、第１波長での第１反射性マップおよび第２波長での第２反射性マップを測定する工程、
前記第１および第２反射性マップを用いて、前記第１および第２波長をそれぞれ有し表面温度変動の量を最小化する第１レーザービームの第１強度および第２レーザービームの第２強度を規定する工程、および
前記第１および第２強度を有する前記第１および第２レーザービームを用いて前記基板を溶融することなく前記半導体基板をアニールするために前記回路パターン付き表面の前記一部を照射する工程を有する方法。

【請求項22】

第１波長での第１反射性マップおよび第２波長での第２反射性マップを用いて回路パターン表面を有し、ウエハの溶融温度以下のアニール温度を有する半導体ウエハをレーザーアニールするシステムであって、
前記第１波長および第１強度を有する第１レーザービームを生成するとともに、第１入射面にある前記第１レーザービームで前記回路パターン付き表面を走査して前記回路パターン付き表面を予熱温度まで加熱する第１レーザーシステム、および
前記第２波長および第２強度を有する第２レーザービームを生成するとともに、前記第１レーザービームの前記第１入射面に関連する第２入射面にある前記第２レーザービームで前記回路パターン付き表面を走査する第２レーザーシステムを有しており、
前記第２レーザービームは、前記回路パターン付き表面を前記予熱温度から前記アニール温度に加熱し、
前記第１および第２強度は、前記第２レーザービームのみを用いて前記ウエハ表面をアニールする場合に比べて前記第１および第２レーザービームの走査中における表面温度の変化量を低減させるために、前記第１および第２反射性マップに基づいて選択されるシステム。

【請求項23】

前記第１レーザービームで前記回路パターン付き表面に予熱ライン像を規定する工程、および
前記第２レーザービームで前記回路パターン付き表面にアニールライン像を規定する工程をさらに有しており、
前記第１および第２レーザーシステムは、前記予熱ライン像内に前記アニールライン像が完全に収まるように構成されている請求項２２に記載のシステム。

【請求項24】

前記第１および第２レーザービームで走査したとき、前記第１および第２強度の少なくとも一方を変動させるように制御可能に配置されたコントローラをさらに有している請求項２２に記載のシステム。

【請求項25】

前記第１波長は赤外線波長であり、前記第２波長は前記第１波長と異なる請求項２２に記載のシステム。

【請求項26】

前記第２強度は、前記回路パターン付き表面温度を前記アニール温度まで昇温させるのに十分であり、
前記回路パターン付き表面温度昇温量は、２００℃から８００℃の範囲にある請求項２２に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大略、集積回路を組み立てるための半導体製造に用いられるアニールに関し、具体的には、アニールプロセスの温度性能を向上させるために、異なる波長を有する２つのレーザービームを用いた半導体ウエハのレーザーアニールに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザースパイクアニール（ＬＳＡ）などのミリ秒レーザーアニールは、極めて低い熱量、高いドーパント活性化、および強力なステップ接合を呈することから、高度な半導体デバイス製造に幅広く適用されている。回路パターン付きウエハにこのタイプのアニールを施す際の課題を解決するためのキーポイントは、ＩＣチップの特性に起因して、ウエハ表面の光学的および熱的特性の空間変動によって生じる潜在的に大きなチップ内の温度非均一性である。これによる悪影響は、当業界において「パターン密度効果」あるいは「パターン効果」とよばれる。

【0003】

ＬＳＡの一例において、赤外線レーザーは、１本のアニールレーザービームをブリュースター角あるいはそれに近い入射角でウエハ表面へ向ける。また、当該レーザービームは、反射を最小化するためにｐ偏光されており、パターン密度効果に起因するチップ内の温度非均一性が生じる。この赤外線波長は、膜の厚さ（例えば、１ミクロン以下のオーダー）に比べて相対的に長い波長（例えば、１０．６ミクロン）により、当該パターンからの光学的干渉効果を低減する。入射光のブリュースター角は、表面における最大吸収角度として知られており、ＩＣチップ製造に用いられる種々の薄膜を含むＩＣチップ構造に起因する光の吸収の差を最小化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２５６８７９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この単一ビームアプローチは、数多くのＩＣチップ構造および回路配置に対して非常にうまく作用する。しかしながら、特定のＩＣチップ構造および大きな構造を伴う回路配置に対しては、異なる光学的特性を有する２つの隣り合う領域の境界における光学的回折に起因して温度オーバーシュートが見られる。このことは、隣り合う領域のドーパントを活性化させるのに用いられる最大アニール温度を低減する。

【0006】

図１は、ウエハ本体９およびウエハ表面１２を有する従来のシリコンウエハ１０の一部についての拡大断面図である。図１のウエハ１０は、ウエハ表面１２に隣接したウエハ本体９に形成された酸化物領域１６（例えば、酸化物分離パッド）の形成についての構成を含んでいる。この酸化物領域の構成１６は、ウエハ本体９内の酸化物−シリコン接合面１７を規定するとともに、一例のウエハ構造あるいは構成をなす。図２は、正規化された、強度と接合面１７からの距離ｘ(μm)についてのグラフである。このグラフは、従来技術に基づいて実施された単一ビームレーザーアニールにおける、図１のウエハ１０の一部における模擬的な光学的強度分布を示している。このシミュレーションでは、１０．６μｍの波長を有するとともにシリコン基板のブリュースター角θ_Bに近い入射角θ(つまり、θ≒θ_B≒75°)でウエハ表面１２に入射するｐ型偏光ＣＯ₂レーザービームＬＢ（図１参照）が使用されている。図２の強度グラフでは、接合面１７に隣接するウエハ本体９における、相対的に強い強度の振幅が示されている。当該振幅の周期性は、レーザービームＬＢの入射角θに依存しているとともに、典型的には波長の一部である。

【0007】

ウエハの一部分における対応する温度分布は、熱拡散のため、強度分布に比べて平坦である。ミリ秒レーザーアニールの一般的な熱拡散距離は約１００μｍである。しかしながら、接合面１７における温度は、ウエハ本体９の残部の温度に比べて依然として高い。この温度変動をエッジ温度オーバーシュートΔＴ_edgeという。この温度オーバーシュートは、ウエハ１０に形成された構成１６の近くにおけるエッジダメージの原因となりうる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示における一局面は、互いに異なる波長を有する２本のレーザービームを用いたレーザーアニールを実施するためのシステムおよび方法を含んでおり、一方で、本開示における他の局面は、波長は同じであるが構成が異なる（つまり、偏光、入射角、および入射面の少なくとも１つが異なる）２本のレーザービームを使用する。このシステムおよび方法は、アニールプロセスにおけるウエハ表面の温度均一性を向上させる。スリップ発生のためにアニール温度が制限されるウエハに対して、本明細書に開示される２本のビームを用いたアニールシステムおよび方法は、スリップを誘引することなく適用できる最大アニール温度を上げるために使用することができる。

【0009】

半導体ウエハ上で実施された測定は、ウエハ表面上に形成された構成に関係するレーザー波長、偏光、入射角、入射面の向きと同様にウエハ表面における位置に応じてウエハ表面の反射性が大きく変動することを示している。本明細書に開示された２波長アニール方法は、反射性の変動を低減するとともに、いくつかのケースではこれを相殺することができ、これにより個々のＩＣチップにおいてもアニール温度の均一性を向上させることができる。

【0010】

本明細書に開示された、チップ内での温度均一性を向上させる（従来の単一ビームアニール方法と比べて）システムおよび方法の使用は、特に、赤外線波長に対する高い表面反射性の要因となる材質で形成されたデバイスを含むウエハをアニールする際に有用である。この場合、２本のレーザービームの強度割合は、光学的吸収差の最小化を目的としたウエハ表面における位置の関数として最適化されるか、あるいは、変動され、これによってアニール温度の均一性が向上される。

【0011】

これにより、本開示における一局面は、第１および第２レーザービームを組み合わせて、集積回路（ＩＣ）チップの製造における半導体ウエハのレーザーアニールの実施のためのシステムおよび方法を含む。第１レーザービームは、シリコンのブリュースター角θ_B（つまり、約７５°）あるいはそれに近い角度でウエハ表面に入射するｐ偏光された赤外線レーザービームである。第１レーザービームは、典型的に数百℃から目標ピークアニール温度までの中間温度にウエハ表面を予熱する予熱レーザービームである。第２レーザービームは、赤外線、可視光線、あるいはＵＶレーザービームであってよい。この第２レーザービームは、第１レーザービームと同じ赤外線波長を有することもできるが、その場合、例えば、偏光、入射角、および入射面の少なくともいずれか１つの構成が互いに異なることを要する。もし、第２レーザービームが第１レーザービームと実質的に異なる波長を有しているのであれば、実質的に同じビーム構成、つまり同じ入射面および同じ（あるいは近い）入射角を有してもよい。もちろん、第２レーザービームは、第１レーザービームと異なる波長および異なる構成を有してもよい。第２レーザービームは、垂直に近い角度から大きな角度（例えば、ブリュースター角θ_B、あるいはそれよりも大きな角度）までのいずれの角度でウエハ表面に入射してもよい。第２レーザービームは、一例としてウエハ溶融温度より若干低いアニール温度Ｔ_Aまでウエハ表面を加熱するために用いられる。一例において、第２レーザービームは、２００℃から８００℃の間までウエハ表面温度を上げる。第１および第２レーザービームは、ウエハ表面に、それぞれ第１および第２ライン像を形成する。一例において、第１ライン像は、第２ライン像を包含する。つまり、第２ライン像は、第１ライン像内に含まれている。第１および第２ライン像は、同調してウエハ表面を横断する。このような動きは、ウエハを動かすか、ライン像を動かすか、あるいは、これらの両方を動かすことによって達成される。

【0012】

本開示の第２の側面は、上述したアニール温度均一性の向上のために２本のレーザービームを組み合わせる方法であり、さらに、アニールされるウエハ表面の一部における予熱波長およびアニール波長の反射性マップに基づくアニールの実施を含んでいる。したがって、この方法は、第１および第２反射性マップを得るために、ウエハ表面の少なくとも一部における反射性を測定して予熱波長およびアニール波長λ₁、λ₂を得る工程を有している。然る後、この方法は、また、第１および第２反射性マップを用い、アニールに単一レーザービームを用いる場合と比較してウエハ表面の温度変動を低減させる第１および第２レーザービーム強度Ｉ₁、Ｉ₂でウエハ表面をアニールする工程を有している。一例において、第１レーザービーム強度Ｉ₁および第２レーザービーム強度Ｉ₂の少なくとも一方は、単一アニールレーザービームによるウエハ表面のアニールと比較してウエハ表面におけるウエハ表面温度の変動を低減あるいは最小化する形で、ウエハ表面の位置に応じて変動する。

【0013】

本開示の第３の側面は、大きな構造体の近くにおけるエッジダメージ、あるいはウエハ表面にスリップが形成されるのを軽減したり和らげたりするために、２本のレーザービームの強度Ｉ₁、Ｉ₂を規定する方法である。一例において、第２レーザービームの強度Ｉ₂は、第２強度の範囲でテストウエハ上に実験を行い、また、エッジダメージあるいはスリップ発生の低減・最小化量のためのしきい温度に関係する第２強度を確立することによって選定される。テストウエハのエッジダメージあるいはスリップ発生の量は、検査（例えば、光学顕微鏡検査）により測定される。

【0014】

本開示のさらなる特徴および利点は、下記の詳細な説明（発明を実施するための形態）に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、下記の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。特許請求の範囲は明細書の一部であり、参照として詳細な説明に組み込まれる。

【0015】

上記の背景技術等に関する記載及び下記の詳細な説明に関する記載は、特許請求の範囲に記載されている本開示の本質および特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本開示の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本開示の原則および実施を説明するための一助となる。

【0016】

特許請求の範囲は、本明細書の一部を構成し、具体的には、本詳細な説明に組み込まれる。また、特許請求の範囲は、下記の発明を実施する形態の一部を構成する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ウエハ本体においてウエハ表面に隣接して形成された酸化物領域を含む従来のシリコンウエハの一部についての拡大断面図であり、また、ウエハ表面を横切る走査アニールレーザービームが示されている。

【図2】正規化された強度に対する、図１の酸化物−シリコン接合面からウエハ本体内への距離ｘ(μｍ)についてのグラフであり、従来技術を用いたレーザーアニールにおけるウエハ本体のシリコン部分への模式的レーザーの光学的強度分布を示しているとともに、酸化物領域の縁におけるウエハへのエッジダメージの要因となり得るエッジオーバーシュート温度ΔＴ_EDGEを示している。

【図3】本開示によるレーザーアニールシステムの１の実施例についての概略図である。

【図4A】実施例にかかるレーザーアニールシステムあるいは実施例にかかるウエハ反射性測定システムについての概略立面図であり、予熱レーザービーム（第１ビーム源システム）およびアニールレーザービーム（第２ビーム源システム）における異なる構成を説明する図である。

【図4B】図４Ａに基づく概略図であり、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面およびＹ−Ｚ平面においてそれぞれ規定された、予熱レーザービームの第１入射面およびアニールレーザービームの第２入射面を示している。

【図5A】ウエハ表面上に形成された、実施例にかかる理想的な予熱ライン像およびアニールライン像の概略平面図である。

【図5B】Ｙ方向に切り取った、予熱ライン像およびアニールライン像の実施例にかかる強度プロファイルについての概略のグラフである。

【図5C】Ｘ方向に切り取った、予熱ライン像およびアニールライン像の実施例にかかる強度プロファイルについての概略のグラフである。

【図5D】ウエハ表面温度Ｔ_S(℃)と時間(ミリ秒)との関係を示すグラフであり、予熱レーザービームおよびアニールレーザービームで生成された典型的なウエハ表面温度プロファイルを示している。

【図5E】ＩＣチップを含むウエハ表面における一例の領域ＲＷを示す拡大差込図を含む、実施例にかかるウエハの平面図であり、第２の拡大差込図には、ＩＣチップ内におけるウエハの構成の一例（酸化物領域）が示されている。

【図6A】予熱波長λ₁で測定された、実施例に係るウエハ表面の一部についての２軸(x,y)・グレースケールの反射性マップである。

【図6B】アニール波長λ₂で測定された、実施例に係るウエハ表面の一部についての２軸(x,y)・グレースケールの反射性マップである。

【図7A】図６Ａに示す反射性マップのＡ−Ａ’破線矢視による、反射性Ｒと位置x(mm)との関係についてのグラフ（つまり、１軸反射性マップ）である。

【図7B】図６Ｂに示す反射性マップのＡ−Ａ’破線矢視による、反射性Ｒと位置x(mm)との関係についてのグラフ（つまり、１軸反射性マップ）である。

【図8A】図７Ａと同様の、１０．６ミクロンのＩＲ予熱波長および０．８５ミクロン(850nm)のアニール波長の組み合わせに基づく図８Ｂの中央線矢視による、反射性と位置との関係についてのグラフ（つまり、１軸反射性マップ）である。

【図8B】図６Ａと同様の、２軸(x,y)反射性マップである。

【図9】テストウエハにおける異なる３つのレイアウトエリアのエッジダメージしきい温度Ｔ_DT（℃）について、従来の単一ビームアニールを用いた場合（白棒）と、本明細書に開示された２本ビームアニールシステムおよび方法を用いた場合（黒棒）とを対比する棒グラフである。

【図10】従来のアニールおよび本開示における２本ビームレーザーアニールシステムおよび方法を用いて測定されたスリップしきい温度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

ここで、本開示の様々な実施形態を詳細に参照する。実施形態の一例を図面に示す。図中、同一または同様の部分を参照する際、可能な限り同一または同様の参照番号及び符号を使用する。図面には決まった縮尺が無く、当業者であれば、これら図面は本開示の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。いくつかの図面において、参考のために直交座標系が描かれているが、これは特定の方向および当該システムや方法の配置方向を限定するものではない。特許請求の範囲に記載された内容は、本明細書に組み込まれて援用される。

【0019】

以下の説明において、「半導体基板」および「ウエハ」の語は、互いに同義であり、かつ、互いに入れ替えて使用可能に用いられている。同様に、「半導体ウエハ表面」および「ウエハ表面」も互いに同義であり、かつ、互いに入れ替えて使用可能に用いられている。つまり、「ウエハ表面」とは、「半導体ウエハ表面」を短縮したものといえる。「ウエハ」は、集積回路装置の製造に用いられるような「半導体ウエハ」の短縮形である。典型的なウエハは、シリコンウエハである。

【0020】

図３は、本開示にかかるレーザーアニーリング システム (以下、“システム”) １００についての１つの実施例の概略図である。図４Ａは、システム１００の実施例の概略立面図である。図４Ａにおける当該システム１００は、以下に説明するように、ウエハ反射性測定システム１００ＲＭでもある。

【0021】

図３を参照するに、システム１００は、上表面１３２を有するチャック１３０を使用可能に支持するウエハステージ１２０を含む。当該ウエハステージ１２０は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能に構成されており、必要に応じてＺ方向にも移動可能に構成される。チャック上表面１３２は、ウエハ本体９および回路パターン付きウエハ表面１２を使用可能に支持する平面１１を有するウエハ１０を使用可能に支持する。ウエハ表面１２は、ＩＣチップ製造における様々な段階、およびＩＣチップの構成に応じた任意の回路パターンを有することができる（例えば、以下に紹介・説明される、図５Ｅに示されたウエハ構造体１６の実施例を参照）。

【0022】

一例において、チャック１３０は、ウエハ１０を予熱するために加熱される。ウエハステージ１２０は、ステージコントローラ１２４に使用可能に接続されており、また、チャック１３０は、チャックコントローラ１３４に使用可能に接続されている。

【0023】

図３および図４Ａを参照するに、システム１００は、また、一例において第１波長λ₁を有する第１ビーム１６８を生成する第１ビーム源システム１５０を有している。一例において、第１ビーム１６８は、強度Ｉ₁を有しているとともに、ウエハ表面温度Ｔ_Sをウエハアニール温度Ｔ_A（一例において、約１，３００℃）よりも低い約５００℃から約１，１００℃の範囲に上げることによってウエハ表面１２を予熱するのに使用される。

【0024】

他の実施例において、システム１００は反射性測定システム１００ＲＭを構成し、さもなければ反射性測定システム１００ＲＭとして使用される。また、第１ビーム１６８は、アニールのためのＩＲプロセス波長を中心とする狭帯域の光であり、また、以下に説明するように、第１波長λ₁におけるウエハ表面１２の第１反射性Ｒ₁(x,y)を測定するのに使用される。以下の説明において、最初にレーザーアニールについて説明し、然る後、反射性測定について説明することから、以下では、便宜上、第１ビーム源システム１５０を予熱レーザーシステム１５０と記載し、また、第１ビーム１６８を予熱レーザービーム１６８と記載する。

【0025】

実施例の予熱レーザーシステム１５０は、予熱レーザー１６０および第１光学軸Ａ１を規定する予熱光学システム１６６を有している。この予熱レーザー１６０としては、ダイオードレーザー、あるいは連続波（ＣＷ）、ｐ偏光された１０．６ミクロンのＣＯ₂レーザーといったＣＯ₂レーザーが考えられる。軸Ａ１は、予熱レーザービーム１６８がウエハ表面１２に対して直角に近い角度（つまり、０°に近い角度）から大きく傾いた入射角（シリコンのブリュースター角、あるいはそれよりも大きな角度）の範囲にある入射角θ₁でウエハ表面１２に入射するような向きに設定することができる。１の実施例において、第１光学軸Ａ１は、実質的にシリコンのブリュースター角に等しい角度θ₁を有しており、非均一光学吸収による前述のパターン密度効果は軽減あるいは最小化される。

【0026】

予熱光学システム１６６は、初期の予熱レーザービーム１６２を受け入れ、これを用いて予熱レーザービーム１６８を形成する。予熱レーザービーム１６８は、通常、第１（予熱）光学軸Ａ１に沿って進み、ウエハ表面１２に第１（予熱）ライン像１７０を形成する。

【0027】

図５Ａは、ウエハ表面１２上に形成された理想的な予熱ライン像１７０の例を示す概略平面図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、予熱ライン像１７０の強度プロファイル１７０Ｐの実施例についての概略のグラフであり、図５ＢはＹ方向に、図５ＣはＸ方向に切り取ったものである。強度プロファイル１７０Ｐは、ウエハ表面１２における予熱レーザービーム１６８の強度プロファイルに対応しており、また、例えば当該強度が所定のしきい強度Ｉ_THよりも大きいことをもって予熱ライン像１７０を規定する。予熱ライン像１７０は、中心軸あるいは長軸（つまりＹ軸）方向の軸Ｃ１を有するものとして示されている。長軸（Ｙ軸）は、走査（つまりＸ）方向に直交する。予熱ライン像１７０は、図５Ａに大矢印で示されるように、速度Ｖ_SでＸ方向に走査される。

【0028】

予熱レーザービーム１６８は、典型的には、走査方向においてガウス分布の強度プロファイルを有しており、また、長手方向（走査方向に交差する方向）において相対的に上部が平たいプロファイルを有している。実施例における予熱レーザービーム１６８の（したがって、予熱ライン像１７０の）ビーム幅Ｗ１（ガウス分布プロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）として規定される）は、約０．０５ｍｍから約２ｍｍの範囲にある。実施例における予熱レーザービーム１６８の（したがって、予熱ライン像１７０の）ビーム長さＬ１は、概して、約５ｍｍから約２０ｍｍの範囲にある。一例において、予熱レーザービーム１６８の走査および対応する予熱ライン像１７０のウエハ１０内への熱拡散距離（深さ）は、約３０ミクロンから約５００ミクロンの範囲にある。

【0029】

図３および図４Ａを再び参照するに、システム１００は、また、第２ビーム２６８を生成する第２ビーム源システム２５０を有している。一例において、第２ビーム２６８は、強度Ｉ₂の第２レーザービームであり、ウエハ表面１２における予熱された部分の加熱に用いられる。この予熱された部分は、予熱レーザービーム１６８の照射（また、必要に応じて加熱されたチャック１３０）により、ウエハ表面温度Ｔ_Sが局部的に上がり、さらに、スパイク的にアニール温度Ｔ_Aまで上がる。アニール温度Ｔ_Aは、一例において、ウエハ溶融温度Ｔ_MELTよりも若干低い温度である。以下の説明において、第２ビーム２６８は、アニールレーザービーム２６８とも記載される。

【0030】

図５Ｄは、ウエハ表面１２上の任意の位置におけるウエハ表面温度Ｔ_S（℃）に対する時間（ミリ秒）のグラフであり、予熱レーザービーム１６８およびアニールレーザービーム２６８が当該位置を通過して予熱することによって生成される典型的なウエハ表面温度プロファイルを示している。温度Ｔ₀は、予熱レーザービーム１６８やアニールレーザービーム２６８がウエハ表面１２に適用される前段階の基礎ウエハ表面温度である。Ｔ_PHは、予熱レーザービーム１６８によって上げられた予熱ウエハ表面温度であり、また、ΔＴ_Sは、予熱ウエハ温度Ｔ_PHからアニールレーザービーム２６８によってアニール温度Ｔ_Aまで上げられた表面温度の増加分である。図５Ｄのグラフにおけるデータは、アニールレーザービーム２６８よりも走査方向において幅広の予熱レーザービーム１６８に基づくものである。これを用いてアニールレーザービームに先立ってウエハを中間（予熱）温度Ｔ_PHまで予熱し、さらにウエハ表面をアニール温度Ｔ_Aまで加熱する。

【0031】

他の実施例において、第２ビーム２６８は、第２ビーム２６８の（第２）波長λ₂を中心とする狭帯域ビームであり、また、以下に説明するように、同第２波長λ₂のウエハ表面１２における第２反射性Ｒ₂(x,y)を測定するのに使用される。以下において、最初にレーザーアニールについて説明するように、第２ビーム源システム２５０は、アニールレーザーシステム２５０として言及される。また、特記しない限り、少なくとも１つの第２ビーム２６８は、アニールレーザービーム２６８と呼ばれる。

【0032】

一例において、アニールレーザーシステム２５０は、初期のアニールレーザービーム２６２を生成するアニールレーザー２６０を有している。第２ビーム２６８の第２波長λ₂はアニール波長と呼ばれ、また、予熱を実施した後でウエハ表面１２を加熱できるものであれば、いかなる波長であってもよい。実施例のアニール波長は、ＩＲ、可視光、あるいは紫外線（ＵＶ）を含む。

【0033】

アニールレーザーシステム２５０は、また、第２（アニール）光学軸Ａ２に沿ってアニールレーザー２６０との関係で使用可能に配置されたアニール光学システム２６６を有している。実施例のアニール光学システム２６６は、ビーム成形光学システム２６６Ａ、折り返しミラーＦＭ１、可調整開口２６７、投射光学システム２６６Ｂ、および、必要に応じて別の折り返しミラーＦＭ２を有している。アニール光学システム２６６は、アニールレーザー２６０からの初期のアニールレーザービーム２６２を受け、当該初期のアニールレーザービーム２６２からアニールレーザービーム２６８を形成する。アニールレーザービーム２６８は、ウエハ表面１２において前述のアニールを実施できるように予熱ライン像１７０に関連して第２（アニール）ライン像２７０を形成する。一例において、第２（アニール）光学軸Ａ２は、ウエハ表面１２に対する入射角θ₂（シリコンのブリュースター角、あるいはそれに近い角度）を有しているが、第２光学軸Ａ２の入射角として他の適切な角度を採用することができる。

【0034】

一例において、アニールレーザービーム２６８の強度Ｉ₂は、予熱温度Ｔ_PHに依存して、ウエハ表面１２の温度を２００℃から８００℃の間まで上げるために選択される。一例において、強度Ｉ₂は、ウエハ表面温度を予熱ウエハ表面温度Ｔ_PHからアニール温度Ｔ_A（一例において、シリコンの溶融温度よりも若干低い温度）まで上げる。

【0035】

図５Ａは、予熱ライン像１７０に関連して、ウエハ表面１２上に形成された理想的なアニールライン像２７０の例を示す概略平面図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、また、アニールレーザービーム２６８の強度プロファイル２７０Ｐの一例にかかるＸ方向およびＹ方向の断面グラフである。強度プロファイル２７０Ｐは、例えば当該強度がしきい強度Ｉ_THを超えていることを条件としてアニールライン像２７０を規定する。アニールライン像２７０は、Ｙ方向において長さＬ２を有しており、Ｘ方向において幅Ｗ２を有している。

【0036】

図５Ｅは、ウエハ表面１２における領域ＲＷの実施例を示す拡大差込図を含む、ウエハ１０の実施例についての平面図である。領域ＲＷは、隙間１３(切り口領域、あるいはＩＣチップ１５を細かく切断するためのけがき線を形成するのに用いられる領域)によって離間された多数のＩＣチップ１５を含んでいる。ウエハ構成１６の実施例は、１つのＩＣチップ１５内においても示されている。このウエハ構成１６の実施例は、ＩＣチップ１５内の金属化線の例として示されており、当該金属化線はＹ方向に方向付けられている。

【0037】

走査方向に沿った強度プロファイル２７０Ｐは、典型的にガウス分布を呈する。一例において、アニールライン像２０の幅Ｗ２は、強度プロファイル２７０Ｐのガウス分布Ｙ方向断面のＦＷＨＭによって規定される。典型的な幅Ｗ２は５０ミクロンから５００ミクロンの範囲にある。一例において、アニールライン像２７０の長さＬ２は、実質的に予熱ライン像１７０の長さＬ１と同じである。

【0038】

図３および図４Ａを再び参照するに、システム１００は、ウエハ表面で鏡面的に反射されたレーザービーム１６８Ｒを検知するためにウエハ表面１２に関連して配置された第１光検知器２８０を有している。第１光検知器２８０は、検知された反射レーザービーム１６８Ｒの強度を表す電気信号ＳＤ１を生成する。一例において、光検知器２８０は、冷却された（例えば、熱電冷却、あるいは液体窒素冷却）赤外線検知器を有している。

【0039】

システム１００は、また、ウエハ表面１２からの反射あるいは散乱したビーム２６８ＲＳを検出するために配置された第２光検知器２９０を有している。一例において、第２光検出器２９０は、積分球２９２、および、当該積分球２９２に使用可能に取り付けられ、当該積分球２９２内部と光学的に通信可能なフォトダイオード２９４を有している。第２光検知器２９０は、検知された反射あるいは散乱したビーム２６８ＲＳの強度を表す電気信号ＳＤ２を生成する。もし、アニールレーザービーム２６８を生成するために短い波長のアニールレーザー２６０を使用するのであれば、回路パターン付きウエハ表面１２からのアニールレーザービーム２６８の散乱量は重要かも知れないことに注意すべきである。このため、一例において、積分球２９２は、反射したレーザービーム２６８ＲＳと散乱したレーザービーム２６８ＲＳの両方を収集するようになっている。

【0040】

システム１００は、さらに、ステージコントローラ１２４、チャックコントローラ１３４，予熱レーザー１６０、アニールレーザー２６０、可調整開口２６７、第１光検知器２８０、および第２光検知器２９０に電気的に接続されたシステムコントローラ３００を有している。一例において、システムコントローラ３００は、システム１００における様々な要素の運転制御をコントローラにさせるように適応されたコンピュータ等の機器を有している。システムコントローラ３００は、演算装置（プロセッサ）３０２、およびメモリユニット（メモリ）３０４を有している。コントローラ３００の実施例はプロセッサを含むコンピュータそのもの、あるいはそれを含んでおり、また、マイクロソフト社のＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）あるいはＬＩＮＵＸ（登録商標）といったオペレーティングシステムを含んでいる。

【0041】

実施例において、プロセッサ３０２は、一連のソフトウェア命令を実行可能な任意のプロセッサあるいはデバイス、あるいはこれらを有するものであり、特段の制限はなく、汎用あるいは特定用途向けのマイクロプロセッサ、有限状態機械、コントローラ、コンピュータ、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、あるいはデジタル・シグナル・プロセッサを用いることができる。実施例において、当該プロセッサは、インテル社のＸｅｏｎあるいはＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）プロセッサ、ＡＭＤ社のＴＵＲＩＯＮ（登録商標）、あるいはＡＭＤ社、インテル社、そのほかの半導体プロセッサメーカ製のプロセッサを用いることができる。

【0042】

メモリ３０４は、プロセッサ３０２に使用可能に接続されている。ここで、「メモリ」の語は、プロセッサが判読可能なすべての媒体を意味しており、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等を含む（これらに限定されるものではない）、プロセッサ３０２によって実行される一連の命令が記憶されるものである。実施例において、システムコントローラ３００は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＥ、メモリースティック他の記憶媒体といった、取り外し可能かつプロセッサが判読可能な媒体３０８を収容するために適用されたディスクドライブ３０６を含んでいる。

【0043】

本明細書に記載したレーザーアニール方法は、システム１００の運転制御によって本明細書に記載されたアニール方法を実行するためにシステムコントローラ３００を動かすための機械で読み取り可能な命令群（例えば、コンピュータプログラムおよび／またはソフトウェアモジュール）を含む、機械で読み取り可能な媒体（例えば、メモリ３０４）に記憶された様々な実施例によって実行される。実施例において、コンピュータプログラムはメモリ３０４から読み出されて、プロセッサ３０２上で実行される。

【0044】

コンピュータプログラムおよび／またはソフトウェアモジュールは、本発明にかかる様々な方法を実施するとともに、システム１００および反射性測定システム１００ＲＭにおける様々なコンポーネントの運転および機能を制御する複数のモジュールあるいはオブジェクトを備えることができる。当該コードに用いられるコンピュータプログラミング言語の種類は、手続き型言語からオブジェクト指向言語までの様々な言語を使用することができる。各ファイルあるいはオブジェクトは、各モジュールあるいは方法のステップと一対一に対応する必要はない。さらに、方法および装置は、ソフトウェア、ハードウェア、およびファームウェアを組み合わせたものであってもよい。本発明にかかる様々な実施例を実行するため、ファームウェアがプロセッサ３０２にダウンロードされ得る。

【0045】

向上した表面温度の均一性
本明細書に開示された２本ビームのレーザーアニールシステムおよび方法を用いることの利点は、異なる物質同士の間でウエハ表面上の反射率を異ならせる前述した不都合なパターン密度効果を軽減することにより、ウエハ表面１２の温度均一性が向上することにある。上述のように、メモリーチップのような特定のデバイスに対して、ウエハ表面１２は、予熱レーザービーム１６８に使われる長い波長に対して高い反射性を呈するとともに、アニールレーザービーム２６８に使われる短い波長に対して低い反射性を呈する材質および構造１６を有することができる。このため、予熱レーザービーム１６８およびアニールレーザービーム２６８を、光吸収の差を低減するように使用することができ、これによりアニールプロセスにおいてより均一な温度分布を得ることができる。

【0046】

本明細書に開示されたアニールの方法の実施例は、ウエハ１０に対するアニール温度の均一性を向上させるため、ウエハ表面１２の少なくとも一部の反射特性に基づいて、予熱レーザービーム１６８の強度Ｉ₁およびアニールレーザービーム２６８の強度Ｉ₂をそれぞれ選択する工程を有している。一例において、強度Ｉ₁およびＩ₂には、アニールプロセスにおいてウエハ表面１２の温度差を最大限減少させる方法が選ばれる。

【0047】

一例において、割合ＲＩ＝Ｉ₁／Ｉ₂は、アニールプロセスにおけるウエハ表面１２の温度差を軽減／最小化するアニールプロセスの最適化のパラメータとして使用される。一例において、強度Ｉ₁およびＩ₂は、それぞれ、ウエハ表面１２の少なくとも一部における第１反射性マップおよび第２反射性マップに基づいて走査中に変化する。一例において、アニールライン像の強度は、その長さによって変化しないので、この変化は、少なくともアニールライン像２６８Ｐのサイズを基準として生じる。一般に強度Ｉ₁および／または強度Ｉ₂の変化の周期は、予熱波長λ₁およびアニール波長λ₂におけるウエハ表面の反射性の空間周波数と比較してゆっくりと変化する。

【0048】

別の実施例において、強度Ｉ₁およびＩ₂は、一定値に維持されており、また、アニールプロセスにおけるウエハ表面温度の変動を軽減あるいは最小化する観点で特定の反射性マップのために最適に選択された強度を意味する。最適な選択方法の実施例は、以下に説明するように、図８Ａおよび図８Ｂに示されている。

【0049】

ウエハ表面１２の少なくとも一部における反射性は、予熱レーザービーム１６８およびアニールレーザービーム２６８を使用して上記システム１００を用いることにより測定できる。より一般的には、ウエハ表面１２の少なくとも一部における反射性は、ウエハ１０のアニールに用いられる予熱波長λ₁およびアニール波長λ₂と同じ波長を有するレーザーあるいは非レーザー（例えば、ランプから放射されたような）ビームとしての第１ビーム１６８および第２ビーム２６８を活用する反射性測定システム１００ＲＭ（あるいは同様に構成されたシステム）を用いて測定することができる。以下では、実施例の形式で、予熱レーザービーム１６８およびアニールレーザービーム２６８を用いたウエハ表面１２の反射性の測定について説明する。予熱波長λ₁およびアニール波長λ₂でウエハ表面１２の少なくとも一部における第１反射性マップおよび第２反射性マップを確立するために使用される典型的なレーザー出力は、アニールを実施するときの出力ほど高くする必要がなく、ミリワット程度でよい。

【0050】

図４Ｂを参照するに、一例において、予熱レーザービーム１６８およびアニールレーザービーム２６８は、互いに直交する第１入射面ＩＰ１および第２入射面ＩＰ２のそれぞれに属している。具体的には、第１入射面ＩＰ１は、Ｘ−Ｚ面によって規定され、第２入射面ＩＰ２は、Ｙ−Ｚ面によって規定されている。反射した第１ビーム１６８Ｒは、鏡面反射経路に沿う第１光検知器２８０によって検知される。反射および散乱したレーザービーム２６８Ｒは、第２光検知器２９０によって集約される。システムコントローラ３００は、一例において整数の数のＩＣチップ１５をカバーするウエハ表面１２の画定された面におけるＸ−Ｙ走査を実施するためにウエハステージ１２０を制御する。各光検知器２８０、２９０からの検知信号ＳＤ１およびＳＤ２は、(x,y)ウエハ座標の関数として生成され、また、システムコントローラ３００に供給される。第１ビーム１６８および第２ビーム２６８の各強度Ｉ₁およびＩ₂を知ること、および、反射した第１ビーム１６８Ｒおよび反射／散乱したレーザービーム２６８ＲＳの各反射強度Ｉ₁’およびＩ₂’を測定することにより、例えばプロセッサ３０２で、ウエハ表面１２上における任意のx-y位置における反射性が求められる。

【0051】

したがって、反射性のデータは、ウエハ表面１２の少なくとも一部の反射性マップＲ₁(x,y)およびＲ₂(x,y)を生成するためのx-y座標系の関数としてウエハ表面１２から収集される。一例において、第１ビーム１６８および第２ビーム２６８に関する波長についての高い反射性を有する調整された（金属皮膜のシリコンウエハといった）ウエハは、反射性の測定を調整するために使用される。先に説明した通り、ウエハ表面１２の反射性マッピングは、現実のＬＳＡアニールシステム、あるいは測定システム１００ＲＭのような離隔計測学システムによって実行することができる。

【0052】

図６Ａおよび図６Ｂは、予熱波長λ₁（図６Ａ）およびアニール波長λ₂（図６Ｂ）で測定された実施例にかかるウエハ表面１２の反射性マップを表す反射性の等高線図である。図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ図６Ａおよび図６Ｂの等高線図における矢視A-A'に対する位置の関数としての反射性グラフである。２つの波長の組み合わせが部分的にウエハ表面１２における反射性の変動を相殺することを示すことにより、予熱波長λ₁における低い反射性領域は、アニール波長λ₂における高い反射性を示す。

【0053】

図８Ａおよび図８Ｂは、図６Ａおよび図７Ａと同様であり、反射性マップ、および、第１ビーム１６８および第２ビーム２６８が使用されたときについての説明を表している。２つのレーザービーム強度Ｉ₁およびＩ₂の比率ＲＩは、最も均一な吸収が与えられるように選定される。この用途のために、各レーザーによるアニール時間が著しく異ならないように、第１ビーム１６８および第２ビーム２６８には、ウエハ表面１２において同様のサイズを有することが望まれる。

【0054】

１の実施例において、最適な強度割合ＲＩ＝Ｉ₁／Ｉ₂は、アニール中のチップ内部温度分布を最小限にすることによって決められる。これは、ウエハ表面温度についての下記の式に基づいて推量できる。
Ｔ_S(x,y) = ｓ₁・Ａ₁(x,y)・Ｉ₁ + ｓ₂・Ａ₂(x,y)・Ｉ₂

【0055】

変数ｓ₁およびｓ₂は、吸収された強度に対するウエハ温度の感度を表す係数である。これら係数は、回路パターンが付されていないシリコンウエハをアニールし、また、吸収されたレーザー強度の関数として温度をモニタすることにより決定することができる。

【0056】

パラメータＡ₁およびＡ₂は、下記の関係を通じて測定された反射性マップＲ₁およびＲ₂から算出された吸収分布である。
Ａ₁(x,y) = 1 - Ｒ₁(x,y)
Ａ₂(x,y) = 1 - Ｒ₂(x,y),
ここで、Ｒ₁およびＲ₂は、上述の方法によって測定された反射性マップである。積分球２９２を使用する場合、測定された反射性マップは散乱寄与を含んでいる。

【0057】

上記実施例において、第１ビーム１６８とは異なる波長を有する第２ビーム２６８が第１ビームに関連する吸収変動を部分的に相殺する吸収分布を生成するのに使用された。光学的吸収は、また、入射角、偏光、および入射面の方向といったウエハ表面１２上の構造１６（例えば、ＩＣチップ回路レイアウト）に関連して変動するので、a)同じ波長を有し、かつ、入射角、偏光、および入射面方向の少なくとも１以上で異なるか、あるいは、b)波長が異なり、かつ、方向が同じか異なっている第２ビーム２６８を吸収均一性およびそれによるアニール温度均一性を向上させるために使用することができる。

【0058】

実施例を通して、ウエハ表面１２がｘおよびｙ方向の金属格子線を伴う構成１６を有するレイアウトのＩＣチップ１５を有するケースを検討する。光入射面（ｐ偏光を想定）に平行な格子線を有する当該構成１６は、当該入射面に直交する格子線よりも高い反射性を有することになる。この場合、第２ビーム２６８は、第１ビーム１６８のものと同じ波長、入射角、および偏光を有していてもよいが、入射面については、第１ビームの入射面に対して直交する。

【0059】

第１ビーム１６８および第２ビーム２６８のそれぞれの強度Ｉ₁、Ｉ₂についても、エッジ温度オーバーシュートを軽減するために最適化することができ、それゆえに、エッジダメージのしきい値が向上する。図９は、テストウエハにおける異なる３つのレイアウトエリアＡ、Ｂ、およびＣで観測されたエッジダメージしきい温度Ｔ_DT（℃）の棒グラフであり、従来の単一ビームアニールを用いた場合（白棒）と、本明細書に開示された２本ビームアニールシステムおよび方法を用いた場合（黒棒）とを対比するものである。２本ビームアニールシステムおよび方法によれば、従来の単一ビームアニール方法に比べてダメージしきい温度Ｔ_DTが約４０℃向上する（つまり、グラフに示すように、ΔＴ_DT≒４０℃）。

【0060】

本明細書に開示された２本ビームアニールシステムおよび方法を用いてウエハ表面１２を予熱することによるさらなる利点は、シリコン基板１０におけるスリップの発生を低減するために有用な温度ランプ速度の低減および温度勾配の低下である。図１０は、スリップしきい温度Ｔ_slip(℃)と予熱レーザービーム１６８の相対温度Ｔ_PHとの関係を示すグラフであり、予熱レーザービームを使用しないケース("none"で表示)を含んでいる。レーザーアニールの実験は、ホウ素が埋め込まれた(インプラントドーズ: 2x10¹⁵cm^-2;エネルギー:5keV)裸のシリコンウエハ上で行われた。スリップしきい値は、光学的顕微鏡検査によって決定された。予熱温度Ｔ_PHを上げることで、"none"ケース（従来の単一ビームアニール）と比較して、スリップしきい温度Ｔ_slipの著しい向上が見られた。

【0061】

アニール方法
一旦、ウエハ１０における第１ウエハ表面反射性マップＲ₁(x,y)および第２ウエハ表面反射性マップＲ₂(x,y)が上述のように確立されれば、本明細書に開示した方法は、従来の単一ビームアニールと比較してアニールプロセスの温度非均一性を低減するように、第１反射性マップおよび第２反射性マップに基づいて予熱レーザービーム強度Ｉ₁およびアニールレーザービーム強度Ｉ₂を選択し、システム１００を用いてウエハをアニールすることを含む。

【0062】

これにより、図３および同図のシステム１００を再び参照するに、一例において、システムコントローラ３００は、第１制御信号Ｓ１を予熱レーザー１６０に送信し、これに応じて予熱レーザー１６０にて初期の予熱レーザービーム１６２が生成される。当該初期の予熱レーザービーム１６２は、予熱光学システム１６６に受け入れられて強度Ｉ₁の予熱レーザービーム１６８が形成される。当該予熱レーザービーム１６８は、一般に、第１光学軸Ａ１に沿って進み、ウエハ表面１２において予熱ライン像１７０を形成する。

【0063】

システムコントローラ３００は、また、第２制御信号Ｓ２をアニールレーザー２６０へ送信し、これに応じて初期のアニールレーザービーム２６２が生成される。当該初期のアニールレーザービーム２６２は、アニール光学システム２６６に受け入れられて強度Ｉ₂のアニールレーザービーム２６８が形成される。当該アニールレーザービーム２６８は、前述のようにウエハ表面の一部でアニールが実施できるように予熱ライン像１７０と関連するアニールライン像２７０を形成する。

【0064】

システムコントローラ３００は、また、予熱ライン像１７０およびアニールライン像２７０との関係でウエハ１０を動かす（走査する）ための第３制御信号Ｓ３をステージコントローラ１２４に送信する。一例において、チャック１３０がウエハの予熱をする場合、システムコントローラ３００は、また、ウエハ予熱プロセスを開始するための第４制御信号Ｓ４をチャックコントローラ１３４に送信する。システムコントローラ３００は、アニールライン像２７０の長さＬ２および幅Ｗ２を設定するための第５制御信号を可調整開口２６７に対して送信するようにしてもよい。前述のように、１の実施例において、予熱強度Ｉ₁およびアニール強度Ｉ₂を一定にしてウエハ表面１２をアニールする。別の実施例において、予熱強度Ｉ₁およびアニール強度Ｉ₂の少なくとも一方は、システムコントローラ３００に格納された第１および第２反射性マップＲ₁(x,y)およびＲ₂(x,y)に基づいて予熱レーザービーム１６８およびアニールレーザービーム２６８による走査中に変動される。一例において、予熱強度Ｉ₁およびアニール強度Ｉ₂の少なくとも一方の変調は、反射性マップＲ₁(x,y)およびＲ₂(x,y)におけるそれぞれの反射性測定の平均値に基づいて行われる。

【0065】

予熱ライン像１７０の滞留時間ｔ_Dは、ライン像の幅Ｗ１と走査速度Ｖ_Sの比として与えられる。一例において、滞留時間ｔ_Dは１００マイクロ秒(μs)≦ｔ_D≦２０ミリ秒(ms)の範囲にある。

【0066】

上記説明において、長い波長を有する第１レーザービーム１６８は、実質的にブリュースター角の入射角に指向されているとともに予熱ビームとして使用されるのに対して、第２レーザービームは、より短い波長、あるいは、波長は同様であるが異なる構成を有しており、アニールレーザービームとして使用される。本開示における他の実施例では、アニールレーザービームとして長い波長のレーザービームを使用し、予熱ビームとして短い波長のレーザービームを使用している。

【0067】

当業者には明白であるが、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、本開示に対して様々な修正および変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等範囲内において本開示の修正および変更を包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図9】

【図6A】

【図6B】

【図8B】

【図10】