特許 6054352 ファイバレーザーを使用したレーザースパイクアニーリング

(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】6054352

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】ファイバレーザーを使用したレーザースパイクアニーリング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20161219BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20161219BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20161219BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20161219BHJP

   B23K 26/354 20140101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 F

   B23K26/073

   B23K26/03

   B23K26/00 N

   B23K26/354

   H01L21/268 G

【請求項の数】23

【外国語出願】

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-215833(P2014-215833)

(22)【出願日】2014年10月23日

(65)【公開番号】特開2015-130483(P2015-130483A)

(43)【公開日】2015年7月16日

【審査請求日】2015年2月16日

(31)【優先権主張番号】61/920,655

(32)【優先日】2013年12月24日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/497,006

(32)【優先日】2014年9月25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

(74)【代理人】

【識別番号】100142745

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 世子

(72)【発明者】

【氏名】アニキチェフ、セルゲイ

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１０９３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２９５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１６３２２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１４７４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４７９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９３５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７９３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５７６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８９９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５６９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８７０４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｋ ２６／０７３

Ｂ２３Ｋ ２６／３５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハ表面のレーザースパイクアニーリングを実行する方法であって、
前記ウエハの少なくとも一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する予熱工程と、
前記予熱工程で予熱された領域の少なくとも一部の領域の前記ウエハ表面の温度をアニーリング温度Ｔ_Ａに上昇させるように、長軸を有する伸長アニーリング画像を、前記長軸に対して実質的に垂直な方向に沿って３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで走査するアニーリング工程と
を備え、
前記伸長アニーリング画像は、複数のファイバレーザーシステムから一時に照射される個々の持続波出力放射ビームから形成される各伸長画像を前記長軸に沿って端側で部分的に重ね合わせることによって形成される
方法。

【請求項2】

前記伸長アニーリング画像は、前記長軸に沿った長さＬ_Ａを有し、
前記長さＬ_Ａは、３ｍｍ≦Ｌ_Ａ≦４５０ｍｍの範囲内である
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記伸長アニーリング画像は、前記長軸に対して垂直な方向に沿って測定される幅Ｗ_Ａを有し、
前記幅Ｗ_Ａは、２５ミクロン≦Ｗ_Ａ≦５００ミクロンである
請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記伸長アニーリング画像は、１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲の光学出力量Ｐ_Ａを有する、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記アニール前温度Ｔ_ＰＡは、２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である
請求項１から４の何れか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記アニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記ウエハ表面における温度分布を測定する測定工程と、
前記持続波出力放射ビームの少なくとも一つの光学出力量を調整し、前記温度分布の均一性の量を改善する改善工程と
をさらに備える、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記ウエハは縁を有し、
前記伸長アニーリング画像は端を有し、
前記伸長アニーリング画像が前記ウエハの前記縁を通過する前に、前記伸長アニーリング画像の前記端を形成する前記持続波出力放射ビームの出力量を低下させるか、あるいは、前記持続波出力放射ビームを停止させる工程をさらに含む
請求項１から７の何れか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記伸長アニーリング画像は、３から５０までの持続波出力放射ビームによって形成される各伸長画像から形成される
請求項１から８の何れか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記持続波出力放射ビームは、前記長軸に沿って重なり量Δで部分的に重なり合う長さＬの伸長画像を規定し、
前記重なり量Δが、Δ≧０．７９・（Ｌ／２）である
請求項１から９の何れか１項に記載の方法。

【請求項11】

表面を有する測定ウエハを用いてアニーリング画像の均一性の量を最適化する方法であって、
複数のファイバレーザーシステムから一時に照射される個々の持続波出力放射ビームから形成される各画像を端側で部分的に重ね合わせることによって生成される伸長アニーリング画像を前記測定ウエハの前記表面に形成する工程と、
前記持続波出力放射ビームのそれぞれについて、前記測定ウエハから反射された光学出力量を検出する工程と、
前記持続波出力放射ビームの一つ以上の光学出力量を調整し、前記伸長アニーリング画像の均一性の量を最適化する工程と
を備える方法。

【請求項12】

ウエハ表面のレーザースパイクアニーリングを実行する方法であって、
長軸を有する伸長アニーリング前画像を用いて、前記ウエハの少なくとも一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する予熱工程と、
前記予熱工程で予熱された領域の少なくとも一部の領域に、レーザービームから形成されるアニーリング画像を少なくとも部分的に走査して、前記ウエハ表面の温度をアニーリング温度Ｔ_Ａに上昇させるアニーリング工程と
を備え、
前記伸長アニーリング前画像は、複数のファイバレーザーシステムから一時に照射される個々の持続波出力放射ビームから形成される各伸長画像を前記長軸に沿って端側で部分的に重ね合わせることによって生成される
方法。

【請求項13】

前記アニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内である
請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記アニーリング温度Ｔ_Ａは、ドープされたシリコンの溶融温度よりも高い
請求項１２または１３に記載の方法。

【請求項15】

表面を有するウエハのレーザースパイクアニーリングを実行するシステムであって、
複数のファイバレーザーシステムと、
ウエハ支持アセンブリと
を備え、
前記ファイバレーザーシステムは、前記ウエハの前記表面において端側で部分的に重複する複数の伸長画像を形成する個々の出力放射ビームを一時に照射して前記ウエハの前記表面に伸長アニーリング画像を形成し、
前記ウエハ支持アセンブリは、前記ウエハを支持し、前記ウエハをアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱し、前記伸長アニーリング画像が３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで前記ウエハの前記表面上を走査するように、前記伸長アニーリング画像に対して前記ウエハを動かし、
前記伸長アニーリング画像は、前記伸長アニーリング画像の走査中に前記ウエハの表面温度がアニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａまで上昇するように１０Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１，０００Ｗの範囲の光学出力量Ｐ_Ａを有する
システム。

【請求項16】

前記アニール前温度Ｔ_ＰＡは、２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である
請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記アニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である
請求項１５または１６に記載のシステム。

【請求項18】

表面を有するウエハのレーザースパイクアニーリングを実行するシステムであって、
複数のファイバレーザーシステムと、
予熱レーザーシステムと、
ウエハ支持アセンブリと
を備え、
前記ファイバレーザーシステムは、前記ウエハの前記表面において端側で部分的に重複する複数の伸長画像を形成する個々の出力放射ビームを一時に照射して前記ウエハの前記表面に伸長アニーリング画像を形成し、
前記予熱レーザーシステムは、前記ウエハの前記表面の一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する予熱放射ビームを生成し、
前記ウエハ支持アセンブリは、前記ウエハを支持し、前記伸長アニーリング画像が３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで、前記予熱レーザーシステムにより予熱された領域の少なくとも一部の領域の前記ウエハの前記表面を少なくとも部分的に走査するように、前記伸長アニーリング画像に対して前記ウエハを動かし、
前記伸長アニーリング画像は、前記伸長アニーリング画像の走査中に前記ウエハの表面温度が前記アニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａまで上昇するように１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲の光学出力量Ｐ_Ａを有する
システム。

【請求項19】

前記アニール前温度Ｔ_ＰＡは、２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である
請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記アニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である
請求項１８または１９に記載のシステム。

【請求項21】

表面を有するウエハのレーザースパイクアニーリングを実行するシステムであって、
複数のファイバレーザーシステムと、
アニーリングレーザーシステムと、
ウエハ支持アセンブリと
を備え、
前記ファイバレーザーシステムは、前記ウエハの前記表面において端側で部分的に重複する複数の伸長画像を形成する個々の出力放射ビームを一時に照射して、前記ウエハの前記表面の一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する伸長アニーリング前画像を形成し、
前記アニーリングレーザーシステムは、前記伸長アニーリング前画像により予熱された領域と少なくとも部分的に重複するアニーリング画像を形成するアニーリングレーザービームを生成し、
前記ウエハ支持アセンブリは、前記ウエハを支持し、前記伸長アニーリング前画像が３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで、前記ウエハの前記表面の一領域内を少なくとも部分的に走査するように、前記伸長アニーリング前画像に対して前記ウエハを動かし、
前記アニーリング画像は、前記アニーリング画像の走査中に前記ウエハの表面温度が前記アニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａまで上昇するように１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲の光学出力量Ｐ_Ａを有する
システム。

【請求項22】

前記アニール前温度Ｔ_ＰＡは、２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である
請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記アニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である
請求項２１または２２に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
この出願は、米国特許法（３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１９条（ｅ）の下で、２０１３年１２月２４日に出願された米国仮出願第６１／９２０，６５５号の優先権の利益を主張する。また、当該米国仮出願第６１／９２０，６５５号は、参照により本明細書中に組み込まれる。

【0002】

技術分野
本開示は、レーザースパイクアニーリングに関し、より具体的には、ファイバレーザーを使用したレーザースパイクアニーリングに関する。

【0003】

本明細書中で言及されるあらゆる刊行物または特許文献の全ての開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。

【背景技術】

【0004】

走査されるレーザービームを使用したレーザーアニーリングは、超低熱量、高ドーパント活性化、及び超段階接合を提供し、進歩した半導体装置の製造に理想的である。その結果、４５ｎｍ以下の最小形状及び３２ｎｍ以下の多数の記憶装置を有するほとんどの論理装置は、現在、ソース−ドレイン活性化、金属−ケイ素合金形成、欠陥アニーリングなどを含む種々の製造工程の一つで、何らかの形でレーザー処理を用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開公報 ＷＯ２００１／０７１７８７

【特許文献2】米国特許第６，３６５，４７６号明細書

【特許文献3】米国特許第６，３６６，３０８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レーザーアニーリングの一形態では、パルスレーザーを使用している。国際公開第２００１／０７１７８７号公報、米国特許第６，３６５，４７６号明細書、及び、米国特許第６，３６６，３０８号明細書には、パルスレーザーアニーリングの例が記載されている。典型的な半導体への応用では、０．１ミリ秒から１０ミリ秒（ｍｓ）のアニーリング時間を要する。パルスレーザーからの光学パルスは、要求されるアニーリング時間に比べて大幅に短い持続時間（例えば、ナノ秒からマイクロ秒）しか有さないため、多くの光学パルスが、既定の露光に必要とされる。このことが、パルスごとの出力（強度）差によるアニーリング均一性の問題を引き起こす。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一局面は、ウエハ表面のレーザースパイクアニーリングを実行する方法である。本方法は、前記ウエハの少なくとも一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する予熱工程と、前記予熱工程で予熱された領域の少なくとも一部の領域の前記ウエハ表面の温度をアニーリング温度Ｔ_Ａに上昇させるように、長軸を有する伸長アニーリング画像を、前記長軸に対して実質的に垂直な方向に沿って１００ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄ、あるいは、別の例では、３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで走査するアニーリング工程とを含む。なお、ここで、前記伸長アニーリング画像は、複数のファイバレーザーシステムから一時に照射される個々の持続波出力放射ビームから形成される各伸長画像を前記長軸に沿って端側で部分的に重ね合わせることによって形成される

【0008】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記伸長アニーリング画像は、前記長軸に沿った長さＬ_Ａを有する。前記長さＬ_Ａは、３ｍｍ≦Ｌ_Ａ≦４５０ｍｍの範囲内であるか、あるいは、別の例では、３ｍｍ≦Ｌ_Ａ≦３０ｍｍの範囲内である。

【0009】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記伸長アニーリング画像は、前記長軸に対して垂直な方向に沿って測定される幅Ｗ_Ａを有し、ここで、幅Ｗ_Ａは、２５ミクロン≦Ｗ_Ａ≦５００ミクロンであるか、あるいは、別の例では、５０ミクロン≦Ｗ_Ａ≦５００ミクロンである。

【0010】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記伸長アニーリング画像が、１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲、あるいは、別の例では、１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１，０００Ｗの範囲の光学出力量（強度）Ｐ_Ａを有する。

【0011】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記アニール前温度Ｔ_ＰＡが２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である。

【0012】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記アニーリング温度Ｔ_Ａが、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である。

【0013】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ウエハ表面における温度分布を測定する測定工程と、前記持続波出力放射ビームの少なくとも一つの光学出力量（強度）を調整し、前記温度分布の均一性の量（程度）を改善する改善工程とをさらに含む。

【0014】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記ウエハが縁を有し、前記伸長アニーリング画像が端を有し、前記伸長アニーリング画像が前記ウエハの前記縁を通過する前に、前記伸長アニーリング画像の前記端を形成する前記持続波出力放射ビームの出力量（強度）を低下させるか、あるいは、前記持続波出力放射ビームを停止させる工程をさらに含む。

【0015】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記伸長アニーリング画像は、３から（最大）５０までの持続波出力放射ビーム（すなわち、３，４，５，６など、最大で５０の出力放射ビーム）によって形成される各伸長画像から形成される。

【0016】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記持続波出力放射ビームは、前記長軸に沿って重なり量Δで部分的に重なり合う長さＬの伸長画像を規定し、ここで、重なり量Δが、Δ≧０．７９・（Ｌ／２）である。

【0017】

本開示の他の局面は、表面を有する測定ウエハを用いてアニーリング画像の均一性の量（程度）を最適化する方法である。本方法は、複数のファイバレーザーシステムから一時に照射される個々の持続波出力放射ビームから形成される各画像を端側で部分的に重ね合わせることによって生成される伸長アニーリング画像を測定ウエハの表面に形成することを含む。また本方法は、前記持続波出力放射ビームのそれぞれについて、前記測定ウエハから反射された光学出力量（強度）を検出することも含む。また本方法は、前記持続波出力放射ビームの一つ以上の光学出力量（強度）を調整し、前記伸長アニーリング画像の均一性の量（程度）を最適化することをも含む。

【0018】

本開示の他の局面は、ウエハ表面のレーザースパイクアニーリングを実行する方法である。本方法は、長軸を有する伸長アニーリング前画像を用いて、前記ウエハの少なくとも一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱することを含む。また本方法は、前記予熱工程で予熱された領域の少なくとも一部の領域に、レーザービームから形成されるアニーリング画像を少なくとも部分的に走査して、前記ウエハ表面の温度をアニーリング温度Ｔ_Ａに上昇させることも含む。なお、ここで、前記伸長アニーリング前画像は、複数のファイバレーザーシステムから一時に照射される個々の持続波出力放射ビームから形成される各伸長画像を前記長軸に沿って端側で部分的に重ね合わせることによって生成される

【0019】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記アニーリング温度Ｔ_Ａが、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である。

【0020】

本開示の他の局面は上述の方法であって、前記アニーリング温度Ｔ_Ａが、ドープされたシリコンの溶融温度よりも高い。

【0021】

本開示の他の局面は、表面を有するウエハのレーザースパイクアニーリングを実行するシステムである。本システムは、複数のファイバレーザーシステムと、ウエハ支持アセンブリ（部品）とを備え、前記ファイバレーザーシステムは、前記ウエハの前記表面において端側で部分的に重複する複数の伸長画像を形成する個々の出力放射ビームを一時に照射して前記ウエハの前記表面に伸長アニーリング画像を形成し、；前記ウエハ支持アセンブリは、前記ウエハを支持し、前記ウエハをアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱し、前記伸長アニーリング画像が１００ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄ、あるいは、別の例では、３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで前記ウエハの前記表面上を走査するように、前記伸長アニーリング画像に対して前記ウエハを動かし、；前記伸長アニーリング画像は、前記伸長アニーリング画像の走査中に前記ウエハの表面温度がアニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａまで上昇するように１０Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１，０００Ｗの範囲、あるいは、別の例では、１０Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１００Ｗの範囲の光学出力量（強度）Ｐ_Ａを有する。

【0022】

本開示の他の局面は上述のシステムであって、前記アニール前温度Ｔ_ＰＡが２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である。

【0023】

本開示の他の局面は上述のシステムであって、前記アニーリング温度Ｔ_Ａが、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である。

【0024】

本開示の他の局面は、表面を有するウエハのレーザースパイクアニーリングを実行するシステムである。本システムは、複数のファイバレーザーシステムと、予熱レーザーシステムと、ウエハ支持アセンブリとを備え、前記ファイバレーザーシステムは、前記ウエハの前記表面において端側で部分的に重複する複数の伸長画像を形成する個々の出力放射ビームを一時に照射して前記ウエハの前記表面に伸長アニーリング画像を形成し、；前記予熱レーザーシステムは、前記ウエハの前記表面の一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する予熱放射ビームを生成し、；前記ウエハ支持アセンブリは、前記ウエハを支持し、前記伸長アニーリング画像が１００ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄ、あるいは、別の例では、３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで、前記予熱レーザーシステムにより予熱された領域の少なくとも一部の領域の前記ウエハの前記表面を少なくとも部分的に走査するように、前記伸長アニーリング画像に対して前記ウエハを動かし、；前記伸長アニーリング画像は、前記伸長アニーリング画像の走査中に前記ウエハの表面温度が前記アニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａまで上昇するように１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲、あるいは、別の例では、１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１，０００Ｗの範囲の光学出力量（強度）Ｐ_Ａを有する。

【0025】

本開示の他の局面は上述のシステムであって、前記アニール前温度Ｔ_ＰＡが２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である。

【0026】

本開示の他の局面は上述のシステムであって、前記アニーリング温度Ｔ_Ａが、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である。

【0027】

本開示の他の局面は、表面を有するウエハのレーザースパイクアニーリングを実行するシステムである。本システムは、複数のファイバレーザーシステムと、アニーリングレーザーシステムと、ウエハ支持アセンブリとを備え、前記ファイバレーザーシステムは、前記ウエハの前記表面において端側で部分的に重複する複数の伸長画像を形成する個々の出力放射ビームを一時に照射して、前記ウエハの前記表面の一領域をアニール前温度Ｔ_ＰＡに予熱する伸長アニーリング前画像を形成し、；前記アニーリングレーザーシステムは、前記伸長アニーリング前画像により予熱された領域と少なくとも部分的に重複するアニーリング画像を形成するアニーリングレーザービームを生成し、；前記ウエハ支持アセンブリは、前記ウエハを支持し、前記伸長アニーリング前画像が３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲の滞留時間ｔ_Ｄで、前記ウエハの前記表面の一領域内を少なくとも部分的に走査するように、前記伸長アニーリング前画像に対して前記ウエハを動かし、；前記アニーリング画像は、前記アニーリング画像の走査中に前記ウエハの表面温度が前記アニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａまで上昇するように１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲の光学出力量（強度）Ｐ_Ａを有する。

【0028】

本開示の他の局面は上述のシステムであって、前記アニール前温度Ｔ_ＰＡが２００℃≦Ｔ_ＰＡ≦６００℃の範囲内である。

【0029】

本開示の他の局面は上述のシステムであって、前記アニーリング温度Ｔ_Ａが１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃の範囲内であるか、あるいは、Ｔ_Ａ≧１，４１０℃の範囲内である。

【0030】

さらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。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、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及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。

【図面の簡単な説明】

【0031】

添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。

【図1】図１は、本開示によるレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）システムの一例であって、本明細書中で開示される方法を実施するために使用され得るレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）システムの模式図である。

【図2】図２は、ファイバレーザーシステムの一例を示すＬＳＡシステムの一例の詳細図である。

【図3】図３は、固定された（ｓｔａｎｄｉｎｇ）音波格子を形成する音響光学変調器の形態での変調器の一例を示す詳細図である。

【図4A】図４Ａは、ウエハ表面を横断する持続波出力放射ビームによって形成された伸長画像の一例を示す詳細図である。

【図4B】図４Ｂは、ガウス強度出力放射ビームによって形成された伸長画像の一例について、位置座標ｘ／Ｌの関数として強度Ｉ（正規化された単位）をプロットした図である。

【図5】図５は、複数の伸長画像がどのようにして長軸方向（Ｘ方向）において部分的に重複し、本明細書中で「アニーリング画像」と呼ばれる混合画像を形成するかを示すウエハ表面の上面図である。

【図6A】図６Ａは、位置ずれ（オフセット）Δ＝Ｌ／２を用いて７つの伸長画像を結合することによって形成されたアニーリングの強度プロファイルＩ_Ａ（ｘ／Ｌ）をプロットした図である。

【図6B】図６Ｂは、図６Ａと同様の図であるが、位置ずれ（オフセット）Δ＝０．９・（Ｌ／２）でのプロット図である。

【図6C】図６Ｃは、図６Ａと同様の図であるが、位置ずれ（オフセット）Δ＝０．７９・（Ｌ／２）でのプロット図である。

【図7A】図７Ａは、長軸方向に重複する個々の伸長画像で構成されたアニーリング画像の一例を示すウエハの上面図である。本図において、アニーリング画像は、ウエハの表面において矢印ＡＲによって示される方向に走査される。

【図7B】図７Ｂは、図７Ａと同様の図であるが、アニーリング画像がウエハの縁の一部を横断し、最も端の伸長画像が消されるか、あるいは、強度が低下して、ウエハに対する縁の損傷の発生を避ける場合を示す図である。

【図7C】図７Ｃは、図７Ｂと同様の図であり、最も端の伸長画像が消されるか、あるいは、強度が低下しながら、アニーリング画像がウエハの縁を横断し続け、ウエハの縁上を走査するに従って、アニーリング画像の寸法が減少する様子を示す図である。

【図7D】図７Ｄは、図７Ｂと同様の図であり、最も端の伸長画像が消されるか、あるいは、強度が低下しながら、アニーリング画像がウエハの縁を横断し続け、ウエハの縁上を走査するにしたがって、アニーリング画像の寸法が減少する様子を示す図である。

【図8A】図８Ａは、図２と同様の図であり、予熱放射ビームを生成する予熱レーザーシステムがウエハ表面を予熱するために用いられるＬＳＡシステムの一例の実施形態を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、図８Ａのウエハ表面の上面図であって、アニーリング画像が完全に予熱領域内にある場合の予熱領域及びアニーリング画像の例を示す図である。

【図8C】図８Ｃは、図８Ａのウエハ表面の上面図であって、アニーリング画像が部分的に予熱領域内にある場合の予熱領域及びアニーリング画像の例を示す図である。

【図9A】図９Ａは、ＬＳＡシステムの一例を示す模式図である。本システムでは、ファイバレーザーシステムから構成されるレーザーシステムが、ウエハの予熱表面に用いられるアニーリング前画像を形成して、予熱領域を形成し、第２のレーザーシステムがアニーリング画像を形成するために使用される。

【図9B】図９Ｂは、図８Ｂと同様の図であり、図９Ａの例示的なＬＳＡシステムの第２のレーザーシステムによって形成されるアニーリング画像とともに、アニーリング前画像によって形成される予熱領域を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明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。

【0033】

下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

【0034】

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配置方向を限定するものではない。

【0035】

図１は、本開示によるレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）システム１０の一例の模式図である。ＬＳＡシステム１０は、レーザーシステム１２及びウエハ支持アセンブリ１４を含む。ウエハ支持アセンブリ１４は、表面２２を有するチャック２０を有する。表面２２は、表面３２を有する半導体基板（「ウエハ」）３０を支持する。一例では、チャック２０は、熱を生成するように構成され、ウエハ３０をアニール前温度Ｔ_ＰＡ（例えば、２００℃から６００℃の範囲）まで加熱する。チャック２０は、チャック制御部２６と接続するものとして示される。チャック制御部２６は、チャック２０の温度を制御するために使用される。

【0036】

チャック２０は、可動ステージ４０上に存在する。可動ステージ４０の動作は、ステージ制御部４６によって制御される。ステージ制御部４６は、可動ステージ４０に操作可能に接続されている。

【0037】

レーザーシステム１２は、１つ以上のファイバレーザーシステム５０を含む。図２は、ファイバレーザーシステム５０の一例を示すＬＳＡレーザーシステム１０の一例を示す詳細図である。各ファイバレーザーシステム５０は、ファイバ部分５３の長さを有するファイバレーザー５２を含む。一例では、各ファイバレーザー５２は、約２μｍ（例えば、１．８μｍ≦λ≦２．１μｍ）の波長λを有する初期放射（初期放射ビーム）５４を発する。例示的なファイバレーザー５２は、例えば、マサチューセッツ州オックスフォードのＩＰＧフォトニクスコーポレーション（ＩＰＧ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ， Ｏｘｆｏｒｄ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）より入手可能なツリウム系ファイバレーザーである。一例では、２から５０個のファイバレーザーシステム５０（すなわち、２，３，４・・・５０個のファイバレーザーシステム５０）が使用でき、より具体的な例では、３から６個のファイバレーザーシステム５０（すなわち、３，４，５または６個のファイバレーザーシステム５０）が使用できる。

【0038】

一例では、各ファイバレーザー５２は、単一モードで動作する。すなわち、各ファイバレーザー５２は、単一モード初期放射ビーム５４を生成する。一例では、初期放射ビーム５４は、最大約２００Ｗの出力量（強度）を有する。一実施形態では、ファイバレーザー５２は、隣接するファイバレーザー５２の波長λが数ナノメートル異なり、ウエハ３０の表面３２におけるスペックル効果を避けるように構成されている。図１に示す一例のＬＳＡシステムでは、ファイバレーザーシステム５０のいくつか又は全てが、ウエハ支持アセンブリ１４に対して操作可能に配置された支持部材５５（例えば、搭載板）によって操作可能に支持される。一例では、支持部材５５は、ウエハ支持アセンブリ１４に対して移動可能であり、また、他の例では、支持部材５５は固定されている。一例では、各ファイバレーザー５２の出力は、レーザー制御部を介して直接調整される。一例では、レーザー制御部は、導入され、以下で説明される制御器９０によって概略的に表される。

【0039】

各ファイバレーザーシステム５０は、光学システム６０を含む。光学システム６０は、初期放射ビーム５４を受け取り、出力放射ビーム６４を生成する。複数のファイバレーザーシステム５０からの出力放射ビーム６４は、以下で説明するように、混合された出力放射ビーム６４Ｃを集合的に形成する。一例では、光学システム６０は、ファイバ部分５３から順に、平行光レンズ（コリメートレンズ）７２、（放射）変調器７４、及び、円筒光学システム８０（図２参照）を含む。円筒光学システム８０は、一例では、直交面に光学出力（強度）をそれぞれ有する第１及び第２の円筒レンズ８２及び８４を含む。図１に示す一実施形態では、第２の円筒レンズ８４は、ファイバレーザーシステム５０のいくつか又は全てによって共有される単一の要素として形成される。

【0040】

円筒光学システム８０は、コリメートレンズ７２から一般的に対称なガウス平行放射ビーム５４Ｃを受け取り、当該放射ビーム５４Ｃを一方向に拡張し、その後、直交方向に焦点に導く役割を果たす。この結果、結果的に得られる出力放射ビーム６４は、ウエハ３０の表面３２上に伸長画像１０２を形成する（図４Ａ参照）。伸長画像１０２は、長軸ａ_Ｌを有する。一例では、光学システム６０を構成する要素のいくつか又は全てが、石英ガラスで形成される。

【0041】

ＬＳＡシステム１０は、制御器９０も含む。一実施形態では、制御器９０は、ウエハ支持アセンブリ１４に操作可能に接続される。より具体的には、制御器９０は、チャック制御部２６及びステージ制御部４６に接続され、以下で説明するように、チャック２０の加熱及び可動ステージ４０の走査動作を制御する。一例では、制御器９０は、レーザーシステム１２にも接続される。より具体的には、制御器９０は、ファイバレーザーシステム５０に接続され、以下で説明するように、ファイバレーザーの活性化を制御するとともに、初期放射ビーム５４の出力量を制御する。例示的な制御器９０は、コンピュータを備える。制御器９０は、一般的に、コンピュータ読取り可能な媒体において具現化された指令によってプログラム制御できる。当該指令は、制御器９０に対してＬＳＡシステム１０の操作を制御させる。制御器９０は、１つ以上のコンピュータ、処理装置、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理制御器、特定用途向け集積回路、及び、他のプログラマブル回路を備えるか、含んでもよい。

【0042】

ＬＳＡシステム１０の一例では、制御器９０は、ファイバレーザー５２に初期放射ビーム５４を放射させる。初期放射ビーム５４は、ファイバ部分５３を通過して進み、発散ビームとしてファイバ部分５３から出射する。発散した初期放射ビーム５４は、コリメートレンズ７２によって受光される。コリメートレンズ７２は、上述の平行放射ビーム５４Ｃを形成することに寄与する。平行放射ビーム５４Ｃは、その後変調器７４によって受光される。上述したように、制御器９０は、ファイバレーザー５２の出力量（強度）を変調するために用いられ得る。

【0043】

図３は、音響光学変調器の形態での例示的な変調器７４の詳細図である。音響光学変調器は、固定された（ｓｔａｎｄｉｎｇ）音波回折格子（「回折格子」）７６を形成する。音波回折格子７６は、平行放射ビーム５４Ｃを回折し、０次放射ビーム５４Ｃ０及び１次放射ビーム５４Ｃ１とするように機能する。音波回折格子７６の振幅を調整することによって、０次放射ビーム５４Ｃ０及び１次放射ビーム５４Ｃ１の出力量（強度）が調節され得る。一例では、１次放射ビーム５４Ｃ１は、円筒光学システム８０に続く一方、０次放射ビーム５４Ｃ０は、ビーム集積（ダンプ）ＢＤに導かれる。変調器７４は、ケイ素の熱拡散時間よりも大幅に短い高周波数（例えば、メガヘルツ（ＭＨｚ）域）で駆動することができる。このため、変調器７４の使用を可能とし、各出力放射ビーム６４で出力の制御が可能となり、ウエハ３０の表面３２において発生するあらゆる温度勾配を補償することができる。

【0044】

一実施形態では、変調器７４は採用されず、ファイバレーザー５２は、例えばレーザー制御器を介して直接変調される。レーザー制御器は、上述したように、制御器９０であり得る。ファイバレーザー５２の直接変調の手法は、レーザー制御器を介したフィードバックを用いて変調を実行することができる程度に、可動ステージ４０の速度が充分に遅い場合に、特に使用することができる。

【0045】

図２に示されるＬＳＡシステム１０の操作の一実施形態では、処理されるウエハ３０は、測定ウエハ３０Ｍによって置き換えられる。測定ウエハ３０Ｍは、各ファイバレーザーシステム５０の出力量（強度）を調整するために使用される。調整（キャリブレーション）を実行するために、各ファイバレーザーシステム５０は活性化され、それに対応する出力放射ビーム６４を生成する。測定ウエハ３０Ｍは、表面３２Ｍを有する。表面３２Ｍは、測定放射６４Ｍとしての出力放射ビーム６４の任意の量を光検出器１２０へ導くように構成されている。光検出器１２０は、測定ウエハ３０Ｍに対して配置されている。

【0046】

例えば、測定ウエハ３０Ｍの表面３２Ｍは、任意の量の表面粗さを有していてもよい。このような表面粗さは、測定放射６４Ｍを形成する際に、出力放射ビーム６４の任意の量の、あるいはそれ以外の既知の量の散乱を引き起こすように設計されている。光検出器１２０によって実行されるファイバレーザーシステム５０の調整出力測定は、制御器９０に設けられた光検出器信号ＳＤにおいて具現化される。制御器９０は、光検出器信号ＳＤを処理し、それに基づいて（例えば、変調器制御信号ＳＭを介して）各変調器７４を調整する。これにより、各出力放射ビーム６４は、実質的に同じ量（強度）の光学量又は任意の出力量（強度）を、処理されるウエハ３０の表面３２に伝える。他の例では、変調器制御信号ＳＭは、ファイバレーザー５２に導かれ、その結果、制御器９０は、各ファイバレーザー５２の出力量（強度）を制御するレーザー制御部として動作する。

【0047】

一例では、光検出器１２０は、多重チャンネル高温計を備える。多重チャンネル高温計は、ＬＳＡシステム１０の通常動作中に、後述するような、混合出力放射ビーム６４Ｃにおける出力分配を制御するために使用することができる。

【0048】

１次放射ビーム５４Ｃ１は、円筒光学システム８０によって受光される。円筒光学システム８０は、上述したように、拡張した方向と、焦点合わせされ幅がより狭められた方向とを有する出力放射ビーム６４を形成する。ファイバレーザーシステム５０からの出力放射ビーム６４は、結果的に各伸長画像１０２を形成するような方法で、ウエハ３０の表面３２に導かれる。ここで、隣接する伸長画像１０２は、部分的に重複する。

【0049】

図４Ａは、ウエハ３０の表面３２を交差する出力放射ビーム６４によって形成された伸長画像１０２の一例の詳細図である。伸長画像１０２は、狭小方向（Ｙ方向）に幅Ｗを有し、長軸ａ_Ｌを規定する伸長方向（Ｘ方向）に長さＬを有する。一例では、幅Ｗ及び長さＬは、伸長画像１０２を規定するガウス強度分布の閾値強度線によって規定される。図４Ｂは、強度Ｉ（正規化された単位）を、ガウス強度出力放射ビーム６４によって形成された伸長画像１０２の一例について位置座標ｘ／Ｌの関数としてプロットした図である。ガウス強度出力放射ビーム６４のプロファイル（輪郭）は、以下の式によって表すことができる。
Ｉ（ｘ）＝ｅｘｐ｛−２・（ｘ／Ｌ）^２｝
一例では、長さＬは、図４Ｂに示されるように、１／ｅ^２強度線によって規定される。

【0050】

図５は、複数の伸長画像１０２がどのようにして長軸方向（Ｘ方向）において部分的に重なり合い、アニーリング画像１０２Ａと呼ばれる混合画像を形成するかを示すウエハ３０の表面３２の上面図である。アニーリング画像１０２Ａは、長軸Ａ_Ｌ、長軸Ａ_Ｌの方向に測定された長さＬ_Ａ（「アニーリング長」と呼ばれる）、及び、長軸Ａ_Ｌに垂直な方向に測定された幅Ｗ_Ａを有する。隣接する画像間の長軸方向の位置ずれは、Δとして示される。アニーリング画像１０２Ａの強度プロファイルＩ_Ａ（ｘ）は、以下の式で表すことができる。
Ｉ_Ａ（ｘ）＝Σｅｘｐ｛−２・［（ｘ−Δ・ｎ）／Ｌ］^２｝
ここで、ｎは、混合伸長画像１０２の数（整数）に関する数値パラメータであり、位置ずれΔは、アニーリング画像１０２Ａの中心に対して測定される。アニーリング画像１０２Ａは、全長Ｌ_Ａを有する。全長Ｌ_Ａは、一例では、アニーリング画像１０２Ａの１／ｅ^２強度線によって規定される。長さＬ_Ａの範囲の一例は、３ｍｍ≦Ｌ_Ａ≦３０ｍｍである。幅Ｗ_Ａの範囲の一例は、５０ミクロン≦Ｗ_Ａ≦５００ミクロンであり、他の一例では、２５ミクロン≦Ｗ_Ａ≦５００ミクロンである。

【0051】

図６Ａは、７つの伸長画像１０２を組み合わせることによって形成されたアニーリング画像１０２Ａの強度プロファイルＩ_Ａ（ｘ／Ｌ）をプロットした図である。パラメータ数ｎは、Ｉ_Ａ（ｘ）に関する上記式において、−３から＋３の範囲であり、位置ずれは、Δ＝Ｌ／２となる。

【0052】

図６Ｂ及び図６Ｃは、図６Ａと同様の図であるが、Δ＝０．９・（Ｌ／２）であり、Δ＝０．７９・（Ｌ／２）である。位置ずれΔの数値が小さくなるに従って、アニーリング画像１０２Ａの全体の強度は増加し、その全体の長さＬ_Ａは減少する。

【0053】

一例の実施形態では、アニーリング画像１０２Ａは、１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１０，０００Ｗの範囲の光学出力量（強度）Ｐ_Ａを有し、他の例では、１００Ｗ≦Ｐ_Ａ≦１，０００Ｗの範囲の光学出力量（強度）Ｐ_Ａを有する。

【0054】

一例では、アニーリング画像１０２Ａの均一性は、ウエハ３０からの熱放射Ｅによって評価される。ウエハ３０は、温度変化に対して非常に感受性が高く、出力密度に順次比例する。
δ（Ｅ）／Ｅ≒（１０^−α）・δ（Ｔ）／Ｔ（ここで、１１＜α＜１５）
したがって、強度プロファイルの許容可能な均一性は、強度プロファイルの平坦な部分における実質的に均一な分布によって与えられる。通常、強度に明らかな変調がある場合は、ウエハ３０の温度の許容できない変化につながる。図６Ａから図６Ｃに示されるアニーリング画像１０２Ａの強度プロファイルＩ_Ａ（ｘ）のうち、図６Ｃの強度プロファイルは、許容可能な均一性を有する。一方、図６Ａ及び図６Ｂの強度プロファイルは、アニーリングへの応用にはほとんど適さない。したがって、一例では、位置ずれΔ≦０．７９・（Ｌ／２）が、適度に均一な強度プロファイルを獲得し、これにより実質的に均一なウエハ加熱を得るために使用される。

【0055】

一旦、アニーリング画像１０２Ａが形成されると、アニーリング画像１０２Ａは、ウエハ３０の表面３２上を走査され、ウエハ３０の表面３２のレーザースパイクアニーリングを実行し、例えば、ウエハ３０によって支持された半導体デバイス（図示せず）のドーパント拡散を促進させる。アニーリング画像１０２Ａの走査は、一例の実施形態において、制御器９０によって達成される。制御器９０は、ステージ制御部４６に対して可動ステージ４０を動かすように指示し、これにより、ウエハ３０の表面３２は、アニーリング画像１０２Ａに対して移動する。ウエハ３０の移動は、走査されるウエハ３０の表面３２における任意の点でのアニーリング画像１０２Ａの滞留時間ｔ_Ｄが３０ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲となるように、あるいは、他の例では１００ｎｓ≦ｔ_Ｄ≦１０ｍｓの範囲となるように、実行される。

【0056】

図７Ａは、ウエハ３０及びウエハ３０の表面３０をウエハ３０の縁（エッジ）３４とともに示す上面図であり、長軸方向に重複する個々の伸長画像１０２で構成されたアニーリング画像１０２Ａを示す。図７Ａでは、ウエハ３０の表面３２に対するアニーリング画像１０２Ａの移動方向を、矢印ＡＲで示す。アニーリング画像１０２Ａは、その長軸Ａ_Ｌに垂直な方向に動作（走査）する。すなわち、その長軸がＸ方向である場合は、図７Ａに示すように、アニーリング画像１０２ＡはＹ方向に動く。

【0057】

複数の伸長画像１０２からアニーリング画像１０２Ａを形成することの利点は、アニーリング画像１０２Ａが、個々の伸長画像１０２を変化させることによって調整可能であること、あるいは、適応可能であることである。このような調整は、アニーリング画像１０２Ａの走査中であっても実行可能である。図７Ｂは図７Ａと同様の図であり、アニーリング画像１０２Ａの一つの縁１０３Ｅがウエハ３０の縁３４を越える場合の例を示す。アニーリング画像１０２Ａの出力によるウエハ３０の縁３４への損傷の発生を避けるために、最端の伸長画像１０２（１０２Ｅとして示す）の出力を止めるか、あるいは、その強度を弱める。これにより、アニーリング画像１０２Ａは、ウエハ３０の縁３４を照射しない（あるいは、ウエハ３０の縁３４を実質的な出力または強度で照射しない）。最も端の伸長画像１０２Ｅにおいて出力を止めたり、強度を弱めたりするこのようなプロセスは、図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、アニーリング画像１０２Ａがその走査経路を継続し、ウエハ３０の縁３４を越えるまで、継続させることができる。最終的に、アニーリング画像１０２Ａを構成するただ一つの伸長画像１０２のみが残される。

【0058】

図８Ａは、図２と同様の図であり、ＬＳＡシステム１０の一例の実施形態を示す。ＬＳＡシステム１０では、予熱放射ビーム２０２を発生させる予熱レーザーシステム２００が、ウエハ３０の表面３２を予熱（予備加熱）するために使用される。図８Ｂの詳細図に示されるように、予熱放射ビーム２０２は、ウエハ３０の表面３２上に予熱領域２０２Ｒを形成するために作用する。予熱領域２０２Ｒは、ウエハ３０の表面３２において出力放射ビーム６４の吸収を増加させるための役割を果たす。一例では、予熱領域２０２Ｒの予熱（アニール前）温度Ｔ_ＰＡは、２００℃から６００℃までの範囲である。アニーリング画像１０２Ａは、予熱領域２０２Ｒの範囲内に少なくとも部分的に存在するが、その後、ウエハ３０の表面の温度を、アニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａに上昇させる。一例では、非溶融アニーリングプロセスでのアニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃から１，３５０℃の範囲内であり、また、溶融アニーリングプロセスでのドープされたシリコンの溶融温度（例えば、約１４１０℃）よりも高い。

【0059】

図８Ｂの例では、予熱領域２０２Ｒは、矢印ＡＲ１及び矢印ＡＲ２で示されるように、アニーリング画像１０２Ａとともに動く。予熱放射ビーム２０２を使用したレーザーアニーリングの実行の一例は、米国特許付与前公報第ＵＳ２０１２／０１１１８３８号（‘８３８公報）に開示されている。図８Ｃは、図８Ｂと同様の図であるが、図８Ｃでは、アニーリング画像１０２Ａの縁１０３Ｅが予熱領域２０２Ｒの外側にある。図８Ｃのような配置により、強度が不均一なアニーリング、あるいは、アニーリング画像１０２Ａの縁１０３Ｅか、その近傍で起こり得る段階的な強度減少を伴うアニーリングを避けるための一方法が提供される。

【0060】

本開示の一局面は、ウエハ３０の表面３２を予熱（予備加熱）するためのアニーリング画像１０２Ａの使用に関する。また、本開示の一局面は、図８Ａ及び図８Ｂで示す方法、並びに、‘８３８公報に記載の方法と同様の方法で、別のアニーリングビームを使用したＬＳＡシステムを実行するためのアニーリング画像１０２Ａの使用に関する。図９Ａは、ＬＳＡシステム１０の一例を示す模式図である。ＬＳＡシステム１０は、アニーリング画像１０２Ａを形成するレーザーシステム１２を備える。アニーリング画像１０２Ａは、ウエハ３０の表面３２を予熱（予備加熱）するために使用され、予熱領域２０２Ｒを形成する。この役割において、アニーリング画像１０２Ａは、アニーリング前画像１０２ＰＡと呼ばれる。図９ＡのＬＳＡシステム１０は、第２レーザーシステム３１２も備える。第２レーザーシステム３１２は、図９Ｂの上面詳細図に示されるように、ウエハ３０の表面３２上にアニーリング画像４０２Ａを形成するアニーリングレーザービーム３６４を生成する。アニーリングレーザービーム３６４は、持続波（ＣＷ）レーザービームまたはパルスレーザービームであり得る。アニーリングレーザービーム３６４は、予熱領域２０２Ｒの範囲内に少なくとも部分的に存在するが、ウエハ３０の表面を、アニール前温度Ｔ_ＰＡからアニーリング温度Ｔ_Ａに上昇させるために作用する。一例では、非溶融アニーリングプロセスでのアニーリング温度Ｔ_Ａは、１，１００℃から１，３５０℃の範囲内（すなわち、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３５０℃）であり、溶融アニーリングプロセスでのドープされたシリコンの溶融温度（例えば、約１４１０℃）よりも高い。他の例では、１，１００℃≦Ｔ_Ａ≦１，３００℃である。

【0061】

本明細書中で開示されるＬＳＡシステム１０の種々の実施形態は、多くの利点を有する。一つの利点は、ファイバレーザー５２が調節可能であり、隣接するファイバレーザー５２の波長λを、数ナノメートルだけ互いに離調（デチューン）することが可能であるということである。この特性は、それらの初期放射ビーム５４を、互いに実質的に非干渉にさせて、ウエハ３０の表面３２からの反射で形成されるスペックルなどのコヒーレント光の悪影響を避けるために使用され得る。他の利点は、ファイバレーザー５２が、高信頼性及び高効率性を有し、低コストであり、他の種類のレーザーよりも小さな空間に収まることである。また、ファイバレーザー５２は単一モードで動作するため、初期出力ビーム５４が比較的きれいなガウス分布を有し、単純な光学システム６０を用いて処理することが可能である。このことは、結果的に、光学システムのスループットを相当高く（例えば、約７０％に）するという効果をもたらす。したがって、２００Ｗの初期放射ビーム５４が、結果として、ウエハ３０の表面３２に１４０Ｗを供給する出力放射ビーム６４となり得る。

【0062】

さらに、名目上（すなわち、約）２μｍの出力波長λは、ウエハ３０の表面３２上の特徴物（ｆｅａｔｕｒｅ）の寸法よりも実質的に大きい。そのため、不均一な加熱を引き起こし得るウエハパターンの悪影響が軽減される。また、ファイバレーザー５２の２μｍの出力波長λ、及び、この出力波長λの可変性により、ＬＳＡシステム１０が、ウエハ３０の表面３２に隣接して存在し得るプロセスガスの選択吸収帯を避けるために調整されることを可能にする。例えば、アンモニアは、ちょうど２μｍ付近に強い吸収帯を有し、ファイバレーザー波長λは、この吸収帯波長からわずかに離れて調整され得る。

【0063】

当業者には明白であるが、添付の特許請求の範囲で規定された本開示の精神又は範囲を逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して種々の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行われる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5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】